Question

工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO₃)，其中一部分Fe²⁺在风化过程中会转化为+3价。

已知：TiO(OH)₂(即H₂TiO₃)为两性氢氧化物

（1）步骤②中，发生反应的主要离子方程式为______________________。

（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的____________（填字母序号）。

      A.熔沸点差异          B．溶解性差异         C．氧化性、还原性差异

（3）步骤②、③、④中，均需用到的操作是____________（填操作名称）。

（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO²⁺转化为H₂TiO₃的原理：

___________________________________________________________。

（5）上述工艺流程中可以循环利用的物质是____________。

（6）研究发现，可以用石墨作阳极、铁网作阴极、熔触CaF₂-CaO作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

① 写出阳极所发生反应的电极反应式

__________________________________________。

②在制备金属Ti前后，CaO的质量将______（填“增大”、“不变”或“减小”）

Answer

2Fe3++Fe=3Fe2+ B 过滤 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，当加入热水将溶液稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3。 H2SO4或硫酸 2O2－-4e-=O2↑或C+O2--2e-=CO↑ 不变

【解析】（1）步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为：2Fe3++Fe=3Fe2+；（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到，故答案为：B；（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液；（4）④中使用热水的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3，分离出固体加热得到TiO2；这是由于溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，当加入热水将溶液稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3。（5）根据流程图可知废液中含有硫酸，所以循环利用的物质是硫酸；（6）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为2O2－-4e-=O2↑或C+O2--2e-=CO↑；②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO＝2Ca+O2↑，2Ca+TiO2＝Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变。