Question

【題目】鈦及鈦合金在航空航天領城具有重要的應用價值。鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)，另含有少量SiO2、Fe2O3等雜質。以鈦鐵礦為原料制備鈦的工藝流程如下圖所示。

(1)為提高鈦鐵礦酸浸時的浸出率，除了采用循環浸取、延長時間、熔塊粉碎外，還可以采用______________________(寫一種方法)。

(2)硫酸質量分數對鈦、鐵浸出率的影響如圖所示，據此判斷，酸浸時所加硫酸的質量分數應為___________。

鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，該反應的化學方程式：______________________。

(3)查閱資料可知：TiO2+與Fe3+水解轉化為沉淀的pH接近；反應①Fe3++H2Y2===FeY－+2H+，K=1024.3)；反應②TiO2++H2Y2－=== TiO Y2－+2H+，K=1017.3。含鈦鐵溶液經EDTA(H2Y2－)處理后再調節pH，TiO2+水解生成偏鈦酸[TiO (OH)2]沉淀，則TiO2+水解的離子方程式為：___________；Fe3+未轉化為沉淀的原因是______________________。

(4)若將濾液2經___________冷卻結晶、過濾一系列操作還可獲得副產品綠礬(FsO4·7H2O)。濾液2經處理后，還可返回流程中使用的物質是______________________。

(5)利用下圖所示裝置在一定條件下由TiO2制取金屬鈦的化學方程式為__________________。陽極的電極反應式為______________________。

Answer 1

【答案】連續攪拌（或適當升高溫度的合理答案均給分） 80~85% FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O TiO2-+2H2OTiO(OH)2+2H+ 反應①的K遠大于反應②，Fe3+主要轉化為FeY- 蒸發濃縮 H2SO4 TiO2O2↑+Ti 2O2—4e-=O2↑

【解析】

(1)提高鈦鐵礦酸浸時的浸出率，即加快反應速率，可以連續攪拌或適當升高溫度；

(2)由圖可知，硫酸質量分數為80~85%時鈦、鐵浸出率最高；FeTiO3與濃硫酸反應生成TiOSO4和FeSO4；

(3)TiO2+水解生成TiO(OH)2；由于反應①的K遠大于反應②，Fe3+主要轉化為FeY-，Fe3+未轉化為沉淀；

(4)由流程可知，濾液2含有FeSO4和剩余硫酸，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾一系列操作還可獲得副產品綠礬(FsO4·7H2O)。濾液2經處理后，還可返回流程中使用的物質是H2SO4；

(5)該裝置為電解裝置，由TiO2制取金屬鈦；陽極發生氧化反應。

(1)提高鈦鐵礦酸浸時的浸出率，即加快反應速率，可以連續攪拌或適當升高溫度；

故答案為：連續攪拌或適當升高溫度；

(2)由圖可知，硫酸質量分數為80~85%時鈦、鐵浸出率最高；

FeTiO3與濃硫酸反應生成TiOSO4和FeSO4，化學方程式為：FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；

故答案為：80~85%；FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；

(3)TiO2+水解生成TiO(OH)2，離子方程式為：TiO2-+2H2OTiO(OH)2+2H+；由于反應①的K遠大于反應②，Fe3+主要轉化為FeY-，Fe3+未轉化為沉淀；

故答案為：TiO2-+2H2OTiO(OH)2+2H+；反應①的K遠大于反應②，Fe3+主要轉化為FeY-；

(4)由流程可知，濾液2含有FeSO4和剩余硫酸，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾一系列操作還可獲得副產品綠礬(FsO4·7H2O)。濾液2經處理后，還可返回流程中使用的物質是H2SO4；

故答案為：蒸發濃縮；H2SO4；

(5)該裝置為電解裝置，由TiO2制取金屬鈦，化學方程式為TiO2O2↑+Ti；陽極發生氧化反應，電極反應式為2O2—4e-=O2↑；

故答案為：TiO2O2↑+Ti；2O2—4e-=O2↑。