Question

1．鈦合金是航天航空工業(yè)的重要材料．由鈦鐵礦（主要成分為鈦酸亞鐵，化學(xué)式為FeTiO₃）制備Ti等產(chǎn)品的一種工藝流程示意圖如下：

已知：①TiO²⁺易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中．
②常溫下，難溶電解質(zhì)溶解度與pH關(guān)系圖．

③25℃時(shí)TiO（OH）₂溶度積K_sp=1×10^-29
回答下列問題：
（1）寫出鈦鐵礦酸浸時(shí)，反應(yīng)的離子方程式FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O．
（2）操作Ⅱ包含的具體操作方法有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾．
（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)TiO²⁺水解，TiO²⁺水解的離子方程式為TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，當(dāng)溶液pH=2時(shí)，TiO（OH）₂已沉淀完全．
（4）加入鐵屑將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的原因是避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀．

Answer 1

分析 鈦鐵礦中加入硫酸，溶解后，操作I為過濾，強(qiáng)酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，加入鐵屑此時(shí)溶液呈強(qiáng)酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到FeSO₄.7H₂O，過濾分離出含有TiO²⁺溶液，操作II含蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾，加碳酸鈉調(diào)節(jié)pH＜3，得到TiO（OH）₂，TiO（OH）₂分解得到粗TiO₂，然后發(fā)生TiO₂+2C+2Cl₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，Mg與TiCl₄發(fā)生置換反應(yīng)生成Ti，以此來解答．

解答 解：（1）鈦鐵礦酸浸時(shí)，反應(yīng)的離子方程式為FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O；
（2）操作Ⅱ包含的具體操作方法有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾；
（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)TiO²⁺水解，TiO²⁺水解的離子方程式為TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，25℃時(shí)TiO（OH）₂溶度積K_sp=1×10^-29，TiO²⁺沉淀完全時(shí)c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-29}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-12mol/L，即c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12}}$mol/L=0.01mol/L，可知當(dāng)溶液pH=2時(shí)，TiO（OH）₂已沉淀完全，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)TiO²⁺水解；TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺；2；
（4）加入鐵屑將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的原因是避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀，故答案為：避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)及混合物分離提純，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、流程中發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�注意元素化合物知識與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，題目難度不大．