Question

【題目】以高鈦渣(主要成分為Ti3O5，含少量SiO2、FeO、Fe2O3)為原料制備白色顏料TiO2的一種工藝流程如下：

已知：Na2TiO3難溶于堿性溶液；H2TiO3中的雜質Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去。

(1)熔鹽:

①為加快反應速率，在維持反應物顆粒大小、反應溫度一定的條件下，可采取的措施是__________。

②NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500～550 ℃時生成Na2TiO3，該反應的化學方程式為_________。

(2)過濾:

①“濾液”中主要溶質為NaOH，還含有少量________(填化學式)。

②除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環利用，則“水浸”時，用水量不宜過大的主要原因是_________。

(3)水解:“酸溶”后獲得的TiOSO4經加熱煮沸，生成難溶于水的H2TiO3，該反應的化學方程式為______。

(4)脫色:H2TiO3中因存在少量Fe(OH)3而影響TiO2產品的顏色，“脫色”步驟中Ti2(SO4)3的作用是_________。

Answer 1

【答案】攪拌 12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O Na2SiO3 用水量過大，導致濾液濃度過低，蒸發濃縮時能耗增加(或蒸發濃縮時間過長) TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4 將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質鐵，提高H2TiO3的純度

【解析】

(1)①攪拌可使反應物混合均勻；

②Ti3O5轉化為Na2TiO3，鈦元素化合價升高，根據氧化還原反應的規律書寫并配平化學方程式；

（2）①加入氫氧化鈉后，二氧化硅會與氫氧化鈉反應生成水溶性的硅酸鈉；

②考慮后續的蒸發結晶耗能問題分析作答；

(3)根據水解原理結合產物書寫化學方程式；

(4)根據提示給定信息，“H2TiO3中的雜質Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去”來分析作答。

(1)①為加快反應速率，在維持反應物顆粒大小、反應溫度一定的條件下，可適當攪拌，因為攪拌可使反應物混合均勻,增加反應物的接觸機會,從而達到加快反應速率的目的，

故答案為：攪拌；

②NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500～550 ℃時生成Na2TiO3，發生氧化還原反應，其化學方程式為：12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O，

故答案為：12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O；

(2) ①熔鹽時加入的氫氧化鈉會與少量雜質SiO2反應，其化學方程式為：2NaOH＋SiO2 = Na2SiO3＋H2O，生成的硅酸鈉易溶于水，則“濾液”中含有少量Na2SiO3，

故答案為：Na2SiO3；

②“水浸”時，用水量過大，導致濾液濃度過低，蒸發濃縮時能耗增加(或蒸發濃縮時間過長)，

故答案為：用水量過大，導致濾液濃度過低，蒸發濃縮時能耗增加(或蒸發濃縮時間過長)；

(3)“酸溶”后獲得的TiOSO4會發生水解，經加熱煮沸生成難溶于水的H2TiO3，其化學方程式為：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4，

故答案為：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4；

（4）根據給定信息易知，“脫色”步驟中加入還原性的Ti2(SO4)3，是為了將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質鐵，提高H2TiO3的純度，且不引入新的雜質，

故答案為：將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質鐵，提高H2TiO3的純度。