Question

【題目】工業上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如下圖所示。鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3，難溶于水），其中一部分鐵元素在風化過程中會轉化為+3價。

已知：TiOSO4遇水會水解。

（1）步驟①中，鈦酸亞鐵與硫酸反應的離子方程式為__________________。

（2）步驟③中，實現混合物的分離是利用物質的___________（填字母序號）。

a. 熔沸點差異 b. 溶解性差異 c. 氧化性、還原性差異

（3）步驟④的操作是_______________（填操作名稱）。

（4）步驟④中將TiO2+轉化為H2TiO3的原理TiO2++2H2O H2TiO3+ 2H+，該反應的△H_______0（填＞或＜）；加水稀釋，平衡_________（填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

（5）可以利用生產過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO2）反應生產硫酸錳（MnSO4，易溶于水），該反應的離子方程式為__________________________。

（6）研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質，利用如圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請用化學方程式解釋）______________________________。

Answer 1

【答案】 FeTiO3 + 4H＋ = Fe2+ + TiO2++2H2O b 過濾 ＞ 正向 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O 2CaO === 2Ca + O2↑， 2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，或： 陰極：2Ca2+ + 4e- == 2Ca 陽極：2O2- - 4e- == O2↑，2Ca + TiO2 Ti + 2CaO

【解析】本題考查化學工藝流程，（1）根據流程①，以及FeTiO3難溶于水，因此鈦酸亞鐵與硫酸反應的離子方程式為：FeTiO3 + 4H＋= Fe2＋+ TiO2＋+2H2O；（2）步驟③是冷卻結晶，得到FeSO4·7H2O，因此利用的是物質的溶解性差異，故b正確；（3）步驟④在熱水中得到沉淀和溶液，因此操作步驟是過濾；（4）步驟④是在熱水中進行，相當于升溫，平衡向生成H2TiO3方向進行，根據勒夏特列原理，該反應是吸熱反應，即△H>0，，加水稀釋，離子濃度降低，根據勒夏特列原理，應向正反應方向進行移動；（5）廢液中含有Fe2＋，以還原性為主，MnO2作氧化劑，被還原成＋2價Mn，Fe2＋被氧化成Fe3＋，因此有Fe2＋＋MnO2＋→Fe3＋＋Mn2＋，根據化合價升降進行配平，即有MnO2＋2Fe2＋→Mn2＋＋2Fe3＋，根據電荷守恒和原子守恒，因此離子反應方程式為：MnO2 + 2Fe2＋ + 4H＋ = Mn2＋ + 2Fe3＋ + 2H2O；（6）根據電解裝置圖，在陰極上發生Ca2＋＋2e－=Ca，陽極上發生2O2－－4e－=O2，總反應式為2CaO 2Ca＋O2↑，根據裝置圖，以及整個過程中CaO的總量不變，說明在裝置的右側產生CaO，即發生的反應是2Ca + TiO2 = Ti + 2CaO。