Question

2．工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如图1所示．钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃），其中一部分Fe²⁺在风化过程中会转化为+3价．

已知：TiO（OH）₂（即H₂TiO₃）为两性氢氧化物
（1）步骤②中，发生反应的主要离子方程式为2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的B（填字母序号）．
A．熔沸点差异          B．溶解性差异         C．氧化性、还原性差异
（3）步骤②、③、④中，均需用到的操作是过滤（填操作名称）．
（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO²⁺转化为H₂TiO₃的原理：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃．
（5）上述工艺流程中可以循环利用的物质是H₂SO₄或硫酸．
（6）在酸性环境中，利用电化学原理可生成的羟基自由基（•OH） 其反应为Fe²⁺+H₂O₂=Fe³⁺+OH^-+•OH，成的羟基自由基对有机物有极强的氧化能力，可用于水体里有机污染物降解的高级氧化技术．电解原理如图2：
①写出阳极所发生反应的电极反应式H₂O-e^-=•OH+H⁺．
②电解过程中，假设电极上每1molFe³⁺转变为Fe²⁺的同时也消耗1molO₂，则每消耗1molO₂电解液中可以产生4mol•OH．

Answer 1

分析 第①步加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺、Fe³⁺等，第②步加铁粉还原Fe³⁺，过滤除去滤渣，第③步冷却结晶，过滤得到FeSO₄•7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步加热，热水使TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，过滤得到H₂TiO₃；第⑤步H₂TiO₃受热分解生成化生成TiO₂．
（1）铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺；
（2）溶液中析出晶体是利用物质溶解度的不同得到；
（3）②③④都是从溶液中得到固体的分离过程，需要用过滤装置；
（4）依据溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，平衡影响因素和平衡移动原理分析；
（5）根据流程分析；
（6）①阳极上水失电子生成羟基和氢离子；
②根据电子守恒分析．

解答 解：（1）步骤②中，用铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺的反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
故答案为：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到；
故答案为：B；
（3））②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液；
故答案为：过滤；
（4）中使用热水的目的是促进TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，分离出固体加热得到TiO₂；溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
故答案为：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
（5）从流程可知，最终废液中有硫酸，可循环利用；
故答案为：H₂SO₄或硫酸；
（6）①阳极上水失电子生成羟基和氢离子，其电极方程式为：H₂O-e^-=•OH+H⁺；
故答案为：H₂O-e^-=•OH+H⁺；
②1molO₂转化为2molH₂O₂转移2mole^-，由Fe²⁺+H₂O₂=Fe³⁺+OH^-+•OH可知，生成2mol•OH，转移2mole^-，在阳极上生成2mol•OH，所以消耗1molO₂，可以产生4mol•OH；
故答案为：4．

点评 本题考查了物质分离的流程分析判断，物质性质的应用，离子性质的应用，分离操作的方法，氧化还原反应的离子方程式的书写方法，电解池原理的应用，电极反应的书写原则．