Question

8．二氧化鈦（TiO₂ ）是常用的、具有較高催化活性和穩(wěn)定性的光催化劑，常用于污水處理．某工廠用古有Fe₂O₃ 的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃  ）為原料制備二氧化鈦，其流程如圖1：

（1）步驟①中，F(xiàn)e₂O₃ 與H₂SO₄ 反應(yīng)的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（2）步驟②中，加Fe粉的作用是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺（用離子方程式表示）；步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的b（填標(biāo)號）．
a熔沸點差異  b溶解性差異  c氧化性、還原性差異
（3）步驟④中，TiO₂⁺ 水解生成H₂TiO₃ 的離子方程式是TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺
（4）可利用生產(chǎn)過程中的廢渣與軟錳礦（主要成分MnO₂ ）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳，則反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（5）利用如圖2裝置，石墨作陽極，鈦網(wǎng)作陰極，熔融CaF₂-CaO 做電解質(zhì)，可獲得金屬鈣，鈣再作為還原劑，可還原二氧化鈦制備金屬鈦．
（6）工業(yè)上用4.0噸鈦鐵礦制得1.6噸的二氧化鈦，則鈦鐵礦中鈦元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24%．（假設(shè)生產(chǎn)過程中鈦沒有損失）

Answer 1

分析 用含有Fe₂O₃ 的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃ ）為原料制備二氧化鈦：鈦鐵礦溶于酸生成亞鐵離子和TiO²⁺，反應(yīng)的離子方程式為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，步驟③利用的是物質(zhì)溶解度的不同，通過冷卻熱飽和溶液，冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，④中使用熱水的目的是促進(jìn)TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，分離出固體加熱得到TiO₂．
（1）堿性氧化物和酸反應(yīng)生成鹽和水；
（2）金屬鐵可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平寫出離子方程式；根據(jù)物質(zhì)溶解度分析析出晶體的條件應(yīng)用；
（3）TiO²⁺發(fā)生水解生成鈦酸（H₂TiO₃）沉淀，根據(jù)元素守恒寫出反應(yīng)的離子方程式；
（4）依據(jù)二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子分析氧化還原反應(yīng)生成二價錳的化合物，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出；
（5）依據(jù)圖示生成物質(zhì)的分析，陽極生成二氧化碳，陰極析出鈣，結(jié)合電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，寫出電極反應(yīng)；根據(jù)電解槽中發(fā)生的反應(yīng)：2CaO$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Ca+O₂↑以及鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO來回答；
（6）根據(jù)鈦原子守恒進(jìn)行解答．

解答 解：（1）氧化鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，步驟③冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質(zhì)溶解度的不同，通過冷卻熱飽和溶液得到，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；b；
（3）TiO²⁺發(fā)生水解生成鈦酸（H₂TiO₃）沉淀和氫離子，其離子方程式為：TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺，
故答案為：TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺；
（4）利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），利用二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子為三價鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（5）①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應(yīng)，陽極圖示產(chǎn)物可可知，陽極生成二氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的二氧化碳，所以電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②陰極上電極反應(yīng)式為：2Ca²⁺+4e^-═2Ca，陽極上電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑，電解槽中發(fā)生反應(yīng)：2CaO$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Ca+O₂↑，鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式為：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO，在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量不變；
（6）如果取鈦鐵礦4t，生產(chǎn)出1.6噸的二氧化鈦，其中鈦元素的質(zhì)量是1.6×$\frac{48}{80}$×100%=0.96t，所以鈦鐵礦中鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{0.96}{4}$×100%=24%，
故答案為：24%．

點評 本題考查了二氧化鈦的制備，考查了物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，離子性質(zhì)的應(yīng)用，分離操作的方法，氧化還原反應(yīng)的離子方程式的書寫方法，電解池原理的應(yīng)用，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，注意相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與積累，題目難度中等．