Question

钛合金是航天航空工业的重要材料．由钛铁矿（主要成分是TiO₂和Fe的氧化物）制备TiO₂等产品的一种工艺流程示意如下：

已知：①TiO²⁺易水解，只能存在于强酸性溶液中

②TiCl₄的熔点-25.0℃，沸点136.4℃；SiCl₄的熔点-68.8℃，沸点57.6℃

回答下列问题：

（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO₂反应的离子方程式              ，加入铁屑的作用是                   。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有                      。

（3）（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末得到固体TiO₂·nH₂O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因           ，废液中溶质的主要成分是            （填化学式）．

（4）用金红石（主要含TiO₂）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：

写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式               ，制得的TiCl₄液体中常含有少量SiCl₄杂质，可采用               方法除去．

（5）TiO₂直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解液为某种可以传导O^2-离子的熔融盐，原理如图所示，则其阴极电极反应为：                      ，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有               ．

Answer

（1）TiO2+2H+=TiO2++H2O ; 使Fe3+还原为Fe2+（2）蒸发浓缩，冷却结晶，过滤（洗涤）

（3）溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2•nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2•nH2O的方向移动；Na2SO4；（4）TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；蒸馏（或分馏）（5）TiO2+4e-=Ti+2O2-；O2、CO、CO2

【解析】

试题分析：（1）钛铁矿的主要成分是TiO2和Fe的氧化物这两类物质都能与强酸反应，因此加入稀硫酸并且经过充分反应后过滤，所得滤液中有TiO2+、Fe3+和Fe2+，加入铁屑的目的是使Fe3+还原为Fe2+；（2）从强酸性的溶液中经过操作Ⅱ得到FeSO4•7H2O晶体，具体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤；（3）操作Ⅱ的过滤操作后得到的滤液是富含TiO2+溶液，向其中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2·nH2O，原理是：TiO2+易水解，溶液中存在水解平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2•nH2O+2H+，，加入的Na2CO3粉末与能与H+反应，降低了溶液中c（H+），促进水解平衡向生成TiO2•nH2O的方向移动，从而得到固体TiO2•nH2O；废液中的主要成分是Na2SO4；（4）在沸腾氯化炉中，二氧化钛与焦炭、氯气发生反应，生成一氧化碳与液态的四氯化钛，方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，由于二者的沸点不同，因此可以用蒸馏或分馏的方法出去杂质；（5）电解时，阴极发生还原反应，电极反应为TiO2+4e-=Ti+2O2-；阳极发生氧化反应，电极反应为O2--4e-= O2；由于阳极的电极材料是石墨，石墨能与氧气发生反应生成CO和CO2。

考点：考查制备实验方案的设计；电解原理；常见金属元素单质及其化合物的综合知识。