Question

（16分）金屬鈦（Ti）性能優(yōu)越，被稱為繼鐵、鋁之后的“第三金屬”。工業(yè)上以鈦鐵礦（主要成分FeTiO3，含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）為主要原料冶煉金屬鈦，其生產(chǎn)的工藝流程圖如下：

已知：2H2SO4(濃)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

（1）步驟I中發(fā)生反應的離子方程式： 、 。

（2）已知：TiO2＋易水解，只能存在于強酸性溶液中。

25 ℃時，難溶電解質(zhì)溶解度(s)與pH關系如圖，TiO(OH)2溶度積Ksp＝1×10－29

①步驟Ⅲ加入鐵屑原因是 。

②TiO2＋水解的離子方程式為 。向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是 。

當溶液pH接近 時，TiO(OH)2已沉淀完全。

（3）反應后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于 ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，利用下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。寫出陽極上所發(fā)生的反應式： 。

Answer 1

（1）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O (2分)；SiO2+2OH-=SiO32-+H2O (2分)

（2）①將Fe3+轉化為Fe2+(1分)防止Fe3+與TiO同時生成沉淀（1分） ②TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+③(2分)調(diào)節(jié)溶液pH值（1分）促進TiO2+水解（1分）3（2分）

（3）1412（2分）2O2—-4e-=O2↑(1分) C+O2=CO2(1分)或C+2O2—-4e-=CO2↑（2分）

【解析】

試題分析：鈦鐵礦（主要成分FeTiO3，含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）當向其中加入NaOH溶液時，Al2O3、SiO2會發(fā)生反應，離子方程式是：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；SiO2+2OH-=SiO32-+H2O；（2）①得到的精礦中含有FeTiO3，F(xiàn)eO，然后向其中加入濃硫酸，發(fā)生反應：2H2SO4(濃)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O；4H2SO4(濃)+2FeO=Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O,得到含有H+、Fe2+、Fe3+、TiO2+的溶液，步驟Ⅲ加入鐵屑原因會發(fā)生反應：2Fe3++Fe=3Fe2+；防止Fe3+與TiO同時生成沉淀；② TiO2＋水解的離子方程式為TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+；向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是消耗溶液中的H+，調(diào)節(jié)溶液pH值；根據(jù)圖像可知，當溶液pH接近3時，TiO(OH)2已沉淀完全；（3）TiCl4在隔絕空氣時加入Mg發(fā)生置換反應產(chǎn)生Ti、MgCl2，同時還有過量的金屬Mg，根據(jù)混合物中Mg、Ti、MgCl2的熔沸點關系可知當加熱的溫度略高于1412℃時，Mg、MgCl2變?yōu)闅怏w逸出；而Ti則恰好剛剛熔化，因此可以達到分離提純的目的。（4）由于用惰性電極石墨電極作陽極，所以電解質(zhì)中的陰離子在陽極放電，該電極的電極式是：2O2—-4e-=O2↑；C+O2=CO2；或?qū)憺椋篊+2O2—-4e-=CO2↑。

考點：考查鐵、鋁、硅的化合物的性質(zhì)、鹽的水解、反應條件的控制、離子方程式的書寫、電解原理在物質(zhì)制取中的應用的知識。