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：钛铁矿中加入稀硫酸，经充分反应后过滤，所得滤液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等离子，从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤后得到富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2O?TiO2?n H2O+2H+向生成TiO2?n H2O的方向移动，可得到TiO2粗产品，

（1）由题给反应流程可知TiO2与酸反应生成TiO2+，则反应的离子方程式为TiO2+2H+=TiO2++H2O，加入铁屑，可得到硫酸亚铁晶体，说明加入铁屑的作用是使Fe3+还原为Fe2+；（2）从溶液中得到硫酸亚铁晶体，应经过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤等操作，有时需要洗涤晶体，以除去表面吸附的离子；（3）富含的TiO2+溶液，加入Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c（H+），使平衡TiO2++（n+1）H2OTiO2•nH2O+2H+，向生成TiO2•nH2O+2H+的方向移动，可得到TiO2粗产品，在整个制备流程中分别加入硫酸和碳酸钠，则废液中主要含有硫酸钠，即Na2SO4；（4）由反应流程可知TiO2、C和Cl2反应生成TiCl4和CO，则反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，因二者的沸点不同，可用蒸馏的方法分离；（5）电解时，阴极发生还原反应生成Ti，电极方程式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，阳极发生氧化反应，电极方程式为2O2-+4e-=O2，阳极生成O2，由于阳极材料为石墨，则氧气和石墨反应可生成CO、CO2等。

考点：本题考查化学工艺流程。