Question

【題目】TiO2在工業生產和日常生活中有重要用途．
（1）工業上用鈦鐵礦石（FeTiO3 ， 含FeO、Al2O3、SiO2等雜質）經過下述反應制得：

其中，步驟③發生的反應為：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O．
（i）凈化鈦礦石時，需用濃氫氧化鈉溶液來處理，寫出該過程中兩性氧化物發生反應的離子反應方程式： ．
（ii）④中加入的X可能是
（iii）④⑤兩步的目的是 ．
（iv）寫出⑥的化學反應方程式 ．
（2）TiO2可通過下述兩種方法制備金屬鈦：方法一是先將TiO2與Cl2、C反應得到TiCl4 ， 再用鎂還原得到Ti．
（i）寫出生成TiCl4的化學反應方程式
方法二是電解TiO2來獲得Ti（同時產生O2）：
將處理過的TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解液，用碳塊作電解槽池．
（ii）陰極反應的電極反應式為 ．
（iii）電解過程中需定期向電解槽池中加入碳塊的原因是 ．

Answer 1

【答案】
（1）Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O；A；除去亞鐵離子；TiOSO4+3H2O=TiO22H2O↓+H2SO4
（2）TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2或TiO2+Cl2+2C=TiCl4+2CO；TiO2+4e﹣=Ti+2O2﹣（或Ti4++4e﹣=Ti）；碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少
【解析】解：鈦鐵礦石粉碎、凈化，凈化時加入濃NaOH溶液，發生的反應為Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O、SiO2+2OH﹣=SiO32﹣+H2O；
然后向鈦鐵礦石中加入過量80%硫酸并加熱至343K﹣353K，發生反應2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O，FeO和硫酸反應生成FeSO4 ， 加入X并調節溶液的pH得到沉淀和TiO2+、SO42﹣ ， 說明加入X后將亞鐵離子氧化為鐵離子然后調節溶液pH值將鐵離子沉淀，
然后將TiO2+、SO42﹣加熱、過濾得到TiO2.2H2O，焙燒得到TiO2；（1）（i）兩性氧化物是氧化鋁，和NaOH溶液反應生成鹽和水，離子反應方程式為Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O，
故答案為：Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O；（ii）④X應該具有強氧化性，且不能引進雜質，具有氧化性的是雙氧水和高錳酸鉀溶液，但高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子時引進新的雜質，故選A；（iii）④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子，防止制得的二氧化鈦中含有雜質，故答案為：除去亞鐵離子；（iv）⑥中TiO2+水解生成TiO2.2H2O，反應方程式為TiOSO4+3H2O=TiO22H2O↓+H2SO4 ，
故答案為：TiOSO4+3H2O=TiO22H2O↓+H2SO4；（2）（i）TiO2與Cl2、C反應得到TiCl4 ， 同時生成二氧化碳或CO，再用鎂還原得到Ti和氯化鎂，則生成四氯化鈦的反應方程式為TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2或TiO2+Cl2+2C=TiCl4+2CO，
故答案為：TiO2+Cl2+C=TiCl4+CO2或TiO2+Cl2+2C=TiCl4+2CO；（ii）陰極上得電子反應還原反應生成金屬鈦，電極反應式為TiO2+4e﹣=Ti+2O2﹣（或Ti4++4e﹣=Ti），
故答案為：TiO2+4e﹣=Ti+2O2﹣（或Ti4++4e﹣=Ti）；（iii）陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣和C反應生成二氧化碳，所以需要定期補充碳，
故答案為：碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少．
鈦鐵礦石粉碎、凈化，凈化時加入濃NaOH溶液，發生的反應為Al2O3+2OH﹣=2AlO2﹣+H2O、
SiO2+2OH﹣=SiO32﹣+H2O；
然后向鈦鐵礦石中加入過量80%硫酸并加熱至343K﹣353K，發生反應2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O，FeO和硫酸反應生成FeSO4 ， 加入X并調節溶液的pH得到沉淀和TiO2+、SO42﹣ ， 說明加入X后將亞鐵離子氧化為鐵離子然后調節溶液pH值將鐵離子沉淀，
然后將TiO2+、SO42﹣加熱、過濾得到TiO2.2H2O，焙燒得到TiO2；（1）（i）兩性氧化物是氧化鋁，和NaOH溶液反應生成鹽和水；（ii）④X應該具有強氧化性，且不能引進雜質；（iii）④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子；（iv）⑥中TiO2+水解生成TiO2.2H2O；（2）（i）TiO2與Cl2、C反應得到TiCl4 ， 同時生成二氧化碳或CO，再用鎂還原得到Ti和氯化鎂；（ii）陰極上得電子反應還原反應生成金屬鈦；（iii）陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣和C反應生成二氧化碳．