題目內容

【題目】金屬鈦在航天、潛海和醫療方面應用廣泛。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____,硫酸質量分數對鈦、鐵浸出率的影響如圖所示,據此判斷,酸浸時所加硫酸的質量分數應為____(填范圍)。

(3)請結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。Ti___(陽極陰極”)生成,____(不能”)將熔融CaO換成石灰乳。

【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,將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到FeSO47H2O晶體和含有TiO2+的溶液,TiO2+經過水解得H2TiO3,H2TiO3再煅燒得TiO2,電解TiO2制得Ti。

(1)步驟、、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、TiOSO4H2O,反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O;由圖可知,硫酸質量分數為80%~85%時,鈦、鐵浸出率最高,故答案為:FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O;80%~85%;

3)步驟中的反應為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。

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