Question

【题目】金属钛性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。钛铁矿(主要成分为FeTiO3，含少量Fe2O3、SiO2等杂质)可用来制备TiO2，同时得到副产品绿矾(FeSO4·7H2O)，工艺流程如图所示：

己知：①FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O

②TiO2+易水解，只能存在于强酸性溶液中

（1）酸浸I中Fe2O3与稀硫酸反应的离子方程式：_____。

（2）过程II中加入适量铁屑的目的是____。

（3）分离III中步骤②得到绿矾的操作是_____。

（4）由滤液IV提取TiO2的过程如下：

①请用化学平衡移动原理解释滤液加热煮沸的目的：______。

②由2Mg+TiCl4→Ti+2MgCl2反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据如表信息，需加热的温度略高于___℃即可。

③电解TiO2制备钛的方法如图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO2熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为____。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+= 2Fe3++3H2O 将Fe3+还原为Fe2+ 加热浓缩、冷却结晶、过滤 该反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，有利于生成Ti(OH)4 1412 TiO2+4e-=Ti+2O2-

【解析】

钛铁矿（主要成分为FeTiO3，含少量Fe2O3、SiO2等杂质），用硫酸处理，得到强酸性溶液中含有TiOSO4、FeSO4及未反应的硫酸等，加入铁粉目的是将Fe3+转化为Fe2+，防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀，溶液中主要含有Fe2+、TiO2+及硫酸根，经加热浓缩、冷却结晶、过滤得到绿矾与溶液Ⅳ，溶液Ⅳ中含有TiOSO4，可调节pH生成TiO（OH）2沉淀，最后加热分解生成TiO2，以此解答该题。

（1）酸浸 I中Fe2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O，

故答案为：Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O；

（2）由以上分析可知过程 II中加入适量铁屑的目的是将Fe3+还原为Fe2+，

故答案为：将Fe3+还原为Fe2+；

（3）由溶液得到绿矾晶体，应进行加热浓缩、冷却结晶、过滤，故答案为：加热浓缩、冷却结晶、过滤；

（4）①滤液Ⅳ中含有TiOSO4，水解呈酸性，发生TiO2++3H2OTi（OH）4+2H+，水解反应为吸热过程温度升高平衡正向移动，有利于生成Ti（OH）4，

故答案为：该反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，有利于生成Ti（OH）4；

②由O2-离子移动方向可知通入氢气的一极为阳极，发生氧化反应生成水，电极方程式为H2-2e-+O2-═H2O，

故答案为：H2-2e-+O2-═H2O。

②由表格中的数据可得，Ti的熔点高于Mg、MgCl2，当温度高于1412℃，Mg、MgCl2都形成蒸汽的形式，可与金属钛分离；

答案为：1412。

③电解时阴极发生还原反应，因为TiO2熔融状态下不发生电离，所以是TiO2得电子生成Ti单质和O2，电极反应式为TiO2+4e=Ti+2O2，

故答案为：TiO2+4e=Ti+2O2。。