Question

【題目】鈦是一種重要的金屬，以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3），還含有少量Fe2O3]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示。

（1）濾液1中鈦元素以TiO2+形式存在，則“溶浸”過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

（2）物質(zhì)A為________（填化學(xué)式），“一系列操作”為________。

（3）“水解”步驟中生成TiO2·xH2O，為提高TiO2·xH2O的產(chǎn)率，可采取的措施有________、________。（寫(xiě)出兩條）。

（4）“電解”是以石墨為陽(yáng)極，TiO2為陰極，熔融CaO為電解質(zhì)。陰極的電極反應(yīng)式為________；若制得金屬Ti 9.60g，陽(yáng)極產(chǎn)生氣體________mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。

（5）將少量FeSO4·7H2O溶于水，加入一定量的NaHCO3溶液，可制得FeCO3，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式________；若反應(yīng)后的溶液中c（Fe2+）=2×10-6mol·L-1，則溶液中c（CO32-）=________mol·L-1。（已知：常溫下FeCO3飽和溶液濃度為4.5×10-6mol·L-1）

Answer 1

【答案】FeTiO3＋2H2SO4 TiOSO4＋FeSO4＋2H2O Fe 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾 加水稀釋反應(yīng)物 加堿中和生成的酸、加熱等 TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 4480（2分） Fe2+ + 2HCO3—＝FeCO3↓+CO2↑+ H2O 1×10—5

【解析】

鈦鐵礦和硫酸反應(yīng)生成硫酸鈦和硫酸亞鐵，氧化鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，根據(jù)最后生成綠礬分析，中間有鐵離子變成亞鐵離子的過(guò)程，所以加入物質(zhì)A為鐵，硫酸亞鐵溶液通過(guò)加熱濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到硫酸亞鐵晶體。根據(jù)電解池中陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)分析電極反應(yīng)方程式。

（1）因鈦鐵礦主要成分為FeTiO3，且濾液1中鈦元素以TiO2+形式存在，所以其主要反應(yīng)化學(xué)方程式為FeTiO3＋2H2SO4 TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。

（2）該流程中還有副產(chǎn)物FeSO4·7H2O，故需將溶浸產(chǎn)物中的Fe3+除去，物質(zhì)A為Fe，“一系列操作”包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾。

（3） “水解”反應(yīng)為TiO2＋＋(x＋1)H2O===TiO2·xH2O↓＋2H＋，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，為提高TiO2·xH2O的產(chǎn)率可以加水稀釋反應(yīng)物、加堿中和生成的酸、加熱等。

（4）“電解”過(guò)程中陰極反應(yīng)：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，陽(yáng)極反應(yīng)：2O2－－4e－===O2↑，若制得金屬Ti 9.60g，則n(Ti)=n(O2)=0.2mol，V(O2)=4480mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。

（5）由題意知該反應(yīng)化學(xué)方程式為：Fe2+ + 2HCO3—＝FeCO3↓+CO2↑+ H2O；由常溫下FeCO3飽和溶液濃度為4.5×10—6 mol·L-1，KSP(FeCO3)=2.025×10—11 mol2·L-2，則c(CO32—)＝= 1.013×10—5mol·L-1。