Question

【題目】金屬鈦在航天、潛海和醫(yī)療方面應用廣泛。以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3),含少量Fe2O3]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示。

(1)步驟②、③、④中,均需進行的操作是____(填操作名稱)。

(2)濾液1中鈦元素以TiO2+形式存在,步驟①中生成TiO2+的化學方程式為____,硫酸質(zhì)量分數(shù)對鈦、鐵浸出率的影響如圖所示,據(jù)此判斷,酸浸時所加硫酸的質(zhì)量分數(shù)應為____(填范圍)。

(3)請結(jié)合離子方程式解釋步驟④中加熱水的原因:____。

(4)電解法制備Ti的裝置是以石墨為陽極,TiO2為陰極,熔融CaO為電解質(zhì)。Ti在___(填“陽極”或“陰極”)生成,____(填“能”或“不能”)將熔融CaO換成石灰乳。

Answer 1

【答案】過濾 FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O 80%~85% TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,水解反應吸熱,用熱水促進反應向正反應方向進行 陰極 不能

【解析】

由流程圖可知，加硫酸溶解鈦鐵礦，FeTiO3生成TiO2+，Fe2O3生成Fe3+，加入鐵粉，鐵粉還原Fe3+，過濾除去濾渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到FeSO47H2O晶體和含有TiO2+的溶液，TiO2+經(jīng)過水解得H2TiO3，H2TiO3再煅燒得TiO2，電解TiO2制得Ti。

(1)步驟②、③、④均為固液分離操作，操作的名稱為過濾，故答案為：過濾；

（2）加硫酸溶解鈦鐵礦，FeTiO3與硫酸反應生成FeSO4、TiOSO4和H2O，反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；由圖可知，硫酸質(zhì)量分數(shù)為80%~85%時，鈦、鐵浸出率最高，故答案為：FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；80%~85%；

（3）步驟④中的反應為TiOSO4水解生成H2TiO3，反應的離子方程式為TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解反應為吸熱反應，用熱水升高反應溫度，水解平衡向正反應方向進行，有利于H2TiO3的生成，故答案為：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,水解反應吸熱,用熱水促進反應向正反應方向進行；

（4）電解TiO2獲得Ti，用TiO2為陰極，電極反應式為TiO2+4e-═Ti+2O2-，則Ti在陰極生成；若將熔融CaO換成石灰乳，水在陰極得電子發(fā)生還原反應生成氫氣，影響TiO2在陰極放電生成Ti，則不能將熔融CaO換成石灰乳，故答案為：陰極；不能。