Question

【題目】以高鈦渣(主要成分為Ti3O5，含少量SiO2、FeO、Fe2O3)為原料制備白色顏料TiO2的一種工藝流程如下：

已知：Na2TiO3難溶于堿性溶液；H2TiO3中的雜質(zhì)Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去。

(1)熔鹽:

①為加快反應(yīng)速率，在維持反應(yīng)物顆粒大小、反應(yīng)溫度一定的條件下，可采取的措施是__________。

②NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500～550 ℃時(shí)生成Na2TiO3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

(2)過濾:

①“濾液”中主要溶質(zhì)為NaOH，還含有少量________(填化學(xué)式)。

②除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用，則“水浸”時(shí)，用水量不宜過大的主要原因是_________。

(3)水解:“酸溶”后獲得的TiOSO4經(jīng)加熱煮沸，生成難溶于水的H2TiO3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。

(4)脫色:H2TiO3中因存在少量Fe(OH)3而影響TiO2產(chǎn)品的顏色，“脫色”步驟中Ti2(SO4)3的作用是_________。

Answer 1

【答案】攪拌 12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O Na2SiO3 用水量過大，導(dǎo)致濾液濃度過低，蒸發(fā)濃縮時(shí)能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時(shí)間過長(zhǎng)) TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4 將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質(zhì)鐵，提高H2TiO3的純度

【解析】

(1)①攪拌可使反應(yīng)物混合均勻；

②Ti3O5轉(zhuǎn)化為Na2TiO3，鈦元素化合價(jià)升高，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律書寫并配平化學(xué)方程式；

（2）①加入氫氧化鈉后，二氧化硅會(huì)與氫氧化鈉反應(yīng)生成水溶性的硅酸鈉；

②考慮后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶耗能問題分析作答；

(3)根據(jù)水解原理結(jié)合產(chǎn)物書寫化學(xué)方程式；

(4)根據(jù)提示給定信息，“H2TiO3中的雜質(zhì)Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去”來分析作答。

(1)①為加快反應(yīng)速率，在維持反應(yīng)物顆粒大小、反應(yīng)溫度一定的條件下，可適當(dāng)攪拌，因?yàn)閿嚢杩墒狗磻?yīng)物混合均勻,增加反應(yīng)物的接觸機(jī)會(huì),從而達(dá)到加快反應(yīng)速率的目的，

故答案為：攪拌；

②NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500～550 ℃時(shí)生成Na2TiO3，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其化學(xué)方程式為：12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O，

故答案為：12NaOH＋2Ti3O5＋O26Na2TiO3＋6H2O；

(2) ①熔鹽時(shí)加入的氫氧化鈉會(huì)與少量雜質(zhì)SiO2反應(yīng)，其化學(xué)方程式為：2NaOH＋SiO2 = Na2SiO3＋H2O，生成的硅酸鈉易溶于水，則“濾液”中含有少量Na2SiO3，

故答案為：Na2SiO3；

②“水浸”時(shí)，用水量過大，導(dǎo)致濾液濃度過低，蒸發(fā)濃縮時(shí)能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時(shí)間過長(zhǎng))，

故答案為：用水量過大，導(dǎo)致濾液濃度過低，蒸發(fā)濃縮時(shí)能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時(shí)間過長(zhǎng))；

(3)“酸溶”后獲得的TiOSO4會(huì)發(fā)生水解，經(jīng)加熱煮沸生成難溶于水的H2TiO3，其化學(xué)方程式為：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4，

故答案為：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4；

（4）根據(jù)給定信息易知，“脫色”步驟中加入還原性的Ti2(SO4)3，是為了將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質(zhì)鐵，提高H2TiO3的純度，且不引入新的雜質(zhì)，

故答案為：將溶液中的Fe3＋還原為Fe2＋，以便除去雜質(zhì)鐵，提高H2TiO3的純度。