Question

【題目】鈦工廠TiCl4煙塵中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小顆粒等物質，某研究所利用上述煙塵回收Sc2O3，并制備鈦白粉(TiO2)，其工藝流程如下所示：

（1）酸浸過程中，HCl的作用是_______________________。

（2）已知Sc3++3HTBPSc(TBP)3+3H+，則上述洗脫劑最好選擇___________(選填“酸性”、“堿性”或“中性”)溶液。在實驗室模擬完成上述操作Ⅰ和操作Ⅱ所涉及的玻璃儀器有______________。

（3）草酸“沉鈧”得到草酸鈧的化學反應類型為____________________________。

（4）在空氣中灼燒草酸鈧即可得到氧化鈧(Sc2O3)，其化學反應方程式為__________________________。

（5）“水相”的主要離子有TiOCl42-、H+、Cl- 及________，寫出加入大量的水并加熱發生的相關離子反應方程式__________________________。

（6）鈦的冶煉新法是劍橋電解法（如右圖）。

以含少量CaCl2的CaO熔融物作為介質，電解時。在陰極生成的Ca進一步還原TiO2得鈦。寫出陽極電極主要反應方程式：__________________________；利用中學所學知識可以預測CaCl2的作用包含增強導電性、___________；F=96500C/mol，當I=0.5A，通電80分鐘，理論上獲得Ti的質量為__________g（計算表達式）。

Answer 1

【答案】抑制TiOCl42-的進一步水解（多答Mg2+、Sc3+水解亦給分） 酸性 分液漏斗、燒杯 復分解反應 3O2+2Sc2（C2O4）32Sc2O3+12CO2 Mg2+ TiOCl42-+（1+x）H2OTiO2·xH2O+2H++4Cl- 2O2--4e-=O2↑ 降低CaO的熔點

【解析】

(1)為了防止TiOCl42-、Mg2+、Se3+水解，酸浸過程中加入HCl可以，故答案為：抑制TiOCl42-的進一步水解；

(2)根據Sc3++3HTBPSc(TBP)3+3H+，則上述洗脫劑最好選擇酸性溶液洗滌，可以抑制Sc3+與HTBP的反應；操作Ⅰ和操作Ⅱ為分液，所涉及的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯，故答案為：酸性；分液漏斗、燒杯；

(3)ScCl3與草酸發生復分解反應生成草酸鈧，故答案為：復分解反應；

(4)在空氣中灼燒草酸鈧即可得到氧化鈧(Sc2O3)，同時草酸根離子被氧化生成二氧化碳，反應的化學反應方程式為3O2+2Sc2(C2O4)32Sc2O3+12CO2，故答案為：3O2+2Sc2(C2O4)32Sc2O3+12CO2；

(5)根據流程圖，鈦工廠TiCl4煙塵中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小顆粒等物質，酸浸后，過濾除去了二氧化硅，再用有機溶劑萃取，“水相”中主要離子有TiOCl42-、H+、Cl-及Mg2+，在水相中加入大量的水并加熱促進TiOCl42-水解生成TiO2·xH2O，反應的離子方程式為TiOCl42-+(1+x)H2OTiO2·xH2O+2H++4Cl-，故答案為：Mg2+；TiOCl42-+(1+x)H2OTiO2·xH2O+2H++4Cl-；

(6)在陰極，氧化鈣被還原生成Ca，被還原的Ca進一步還原TlO2獲得鈦，電極反應為Ca2++2e-=Ca、2Ca+TlO2=2CaO+Ti，陽極石墨上氧離子失去電子生成氧氣，電極反應式為2O2--4e-=O2↑，電解質為混有氯化鈣的熔融的氧化鈣，加入氯化鈣可以增強電解質的導電性，同時可以降低CaO的熔點，節約能量；電流強度為0.5A，電池工作80分鐘，則電量為0.5A×80×60s=2400C，轉移電子的物質的量=，生成Ti的質量=×48g/mol=×48g，故答案為：2O2--4e-=O2↑；降低CaO的熔點；×48。