题目内容
钛合金是航天航空工业的重要材料．由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：
已知：①TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中
②TiCl4的熔点-25.0℃，沸点136.4℃；SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃
回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式 加入铁屑的作用是 ．
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有 ．
（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2?n H2O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因 ，废液中溶质的主要成分是 （填化学式）．
（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：
写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式 ，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，可采用 方法除去．
（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如图所示，则其阴极电极反应为： ，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有 ．
已知：①TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中
②TiCl4的熔点-25.0℃，沸点136.4℃；SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃
回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有
（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2?n H2O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因
（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：
写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式
（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如图所示，则其阴极电极反应为：
考点：制备实验方案的设计,电解原理,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用
专题：几种重要的金属及其化合物
分析：钛铁矿中加入稀硫酸，经充分反应后过滤，所得滤液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等离子，从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+向生成TiO2?n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，以此解答该题．
解答：
解：钛铁矿中加入稀硫酸，经充分反应后过滤，所得滤液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等离子，从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+向生成TiO2?n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，
（1）由题给反应流程可知TiO2与酸反应生成TiO2+，则反应的离子方程式为TiO2+2H+=TiO2++H2O，加入铁屑，可得到硫酸亚铁晶体，说明加入铁屑的作用是使Fe3+还原为Fe2+，
故答案为：TiO2+2H+=TiO2++H2O；使Fe3+还原为Fe2+；
（2）从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤等操作，有时需要洗涤晶体，以除去表面吸附的离子，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤（洗涤）；
（3）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+向生成TiO2?n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，在整个制备流程中分别加入硫酸和碳酸钠，则废液中主要含有硫酸钠，即Na2SO4，
故答案为：溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2?n H2O的方向移动；Na2SO4；
（4）由反应流程可知TiO2、C和Cl2反应生成TiCl4和CO，则反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2
TiCl4+2CO，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，因二者的沸点不同，可用蒸馏的方法分离，
故答案为：TiO2+2C+2Cl2
TiCl4+2CO；蒸馏（或分馏）；
（5）电解时，阴极发生还原反应生成Ti，电极方程式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，阳极发生氧化反应，电极方程式为2O2-+4e-=O2，阳极生成O2，由于阳极材料为石墨，则氧气和石墨反应可生成CO、CO2等，
故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；O2、CO、CO2．
（1）由题给反应流程可知TiO2与酸反应生成TiO2+，则反应的离子方程式为TiO2+2H+=TiO2++H2O，加入铁屑，可得到硫酸亚铁晶体，说明加入铁屑的作用是使Fe3+还原为Fe2+，
故答案为：TiO2+2H+=TiO2++H2O；使Fe3+还原为Fe2+；
（2）从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤等操作，有时需要洗涤晶体，以除去表面吸附的离子，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤（洗涤）；
（3）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+向生成TiO2?n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，在整个制备流程中分别加入硫酸和碳酸钠，则废液中主要含有硫酸钠，即Na2SO4，
故答案为：溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2?n H2O的方向移动；Na2SO4；
（4）由反应流程可知TiO2、C和Cl2反应生成TiCl4和CO，则反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2
| ||
故答案为：TiO2+2C+2Cl2
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（5）电解时，阴极发生还原反应生成Ti，电极方程式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，阳极发生氧化反应，电极方程式为2O2-+4e-=O2，阳极生成O2，由于阳极材料为石墨，则氧气和石墨反应可生成CO、CO2等，
故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；O2、CO、CO2．
点评：本题考查物质的制备、为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握实验的原理和目的，为解答该类题目的关键，注意物质的性质，结合题给信息解答，难度中等．
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| B、Fe3+、NO3-、OH- |
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