Question

钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃），还含有少量Fe₂O₃]为原料制备钛的工艺流程如图所示。

（1）滤液1中钛元素以TiO²⁺形式存在，则“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为________。

（2）物质A为________（填化学式），“一系列操作”为________。

（3）“水解”步骤中生成TiO₂·xH₂O，为提高TiO₂·xH₂O的产率，可采取的措施有________、________。（写出两条）。

（4）“电解”是以石墨为阳极，TiO₂为阴极，熔融CaO为电解质。阴极的电极反应式为________；若制得金属Ti 9.60g，阳极产生气体________mL（标准状况下）。

（5）将少量FeSO₄·7H₂O溶于水，加入一定量的NaHCO₃溶液，可制得FeCO₃，写出反应的离子方程式________；若反应后的溶液中c（Fe²⁺）=2×10^-6mol·L^-1，则溶液中c（CO₃^2-）=________mol·L^-1。（已知：常温下FeCO₃饱和溶液浓度为4.5×10^-6mol·L^-1）

Answer

FeTiO3＋2H2SO4 TiOSO4＋FeSO4＋2H2O Fe 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 加水稀释反应物 加碱中和生成的酸、加热等 TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 4480（2分） Fe2+ + 2HCO3—＝FeCO3↓+CO2↑+ H2O 1×10—5

【解析】

钛铁矿和硫酸反应生成硫酸钛和硫酸亚铁，氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水，根据最后生成绿矾分析，中间有铁离子变成亚铁离子的过程，所以加入物质A为铁，硫酸亚铁溶液通过加热浓缩，冷却结晶，过滤得到硫酸亚铁晶体。根据电解池中阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子发生还原反应分析电极反应方程式。

（1）因钛铁矿主要成分为FeTiO3，且滤液1中钛元素以TiO2+形式存在，所以其主要反应化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4 TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。

（2）该流程中还有副产物FeSO4·7H2O，故需将溶浸产物中的Fe3+除去，物质A为Fe，“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

（3） “水解”反应为TiO2＋＋(x＋1)H2O===TiO2·xH2O↓＋2H＋，根据平衡移动原理，为提高TiO2·xH2O的产率可以加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等。

（4）“电解”过程中阴极反应：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，阳极反应：2O2－－4e－===O2↑，若制得金属Ti 9.60g，则n(Ti)=n(O2)=0.2mol，V(O2)=4480mL（标准状况下）。

（5）由题意知该反应化学方程式为：Fe2+ + 2HCO3—＝FeCO3↓+CO2↑+ H2O；由常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10—6 mol·L-1，KSP(FeCO3)=2.025×10—11 mol2·L-2，则c(CO32—)＝= 1.013×10—5mol·L-1。