题目内容

工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价。

 

已知:TiOSO4遇水会水解。

(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的离子方程式为_______________________

(2)步骤③中,实现混合物的分离是利用物质的________(填字母序号)。

a.熔、沸点差异  b.溶解性差异   c.氧化性、还原性差异

(3)步骤②、③、④中,均需要进行的操作是________(填操作名称)。

(4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理:

____________________________________________________________。

(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应可生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),该反应的离子方程式为__________________________________

(6)研究发现,用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置可获得金属钙,并可以钙为还原剂,还原二氧化钛制备金属钛。

写出阳极的电极反应式:_________________________

在制备金属钛前后,CaO的总量不变,其原因是______________________________________(请结合化学用语解释)。

 

(1)2Fe3++Fe===3Fe2+ (2)b (3)过滤

(4)溶液中存在平衡:TiO2++2H2O??H2TiO3+2H+,当加入热水稀释、升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3 (5)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O (6)①2O2--4e-=O2↑(或C+2O2--4e-=CO2↑) ②制备Ti时,发生反应:2CaO2Ca+O2↑,2Ca+TiO2Ti+2CaO,由此可见,CaO的总量不变(或制备Ti时,阴极发生反应;2Ca2++4e-===2Ca,阳极发生反应:2O2--4e-===O2↑,2Ca+TiO2Ti+2CaO,由此可见,CaO的总量不变)

【解析】(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+。(2)步骤③中,冷却结晶是利用物质在不同温度下的溶解性差异来实现混合物的分离的。(3)分析流程图可知,步骤②、③、④中均需进行的操作是过滤。(4)步骤③所得溶液中存在平衡:TiO2++2H2O??H2TiO3+2H+,当加入热水稀释、升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3。(5)废液中主要含有硫酸和硫酸亚铁,与软锰矿反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O。(6)①电解槽的阳极发生氧化反应:2O2--4e-=O2↑(或C+2O2--4e-=CO2↑)。②制备金属钛时,发生反应:2CaO2Ca+O2↑,2Ca+TiO2Ti+2CaO由此可见,CaO的总量不变。

 

练习册系列答案
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二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:

甲醇合成反应:

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(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49.0 kJ·mol-1

水煤气变换反应:

(ⅲ)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.1 kJ·mol-1

二甲醚合成反应:

(ⅳ)2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH4=-24.5 kJ·mol-1

回答下列问题:

(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)。

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________________________________________________________________________。

(3)有研究者在催化剂(含Cu?Zn?Al?O和Al2O3)、压强为5.0 MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________。

 

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________

_____________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E=_______________(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=3.6×106 J)。

 

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