【題目】以高鈦渣(主要成分為Ti3O5,含少量SiO2、FeO、Fe2O3)為原料制備白色顏料TiO2的一種工藝流程如下:

已知:Na2TiO3難溶于堿性溶液;H2TiO3中的雜質Fe2+比Fe3+更易水洗除去。

(1)熔鹽:

①為加快反應速率,在維持反應物顆粒大小、反應溫度一定的條件下,可采取的措施是__________。

②NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500~550 ℃時生成Na2TiO3,該反應的化學方程式為_________。

(2)過濾:

①“濾液”中主要溶質為NaOH,還含有少量________(填化學式)。

②除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用,則“水浸”時,用水量不宜過大的主要原因是_________

(3)水解:“酸溶”后獲得的TiOSO4經(jīng)加熱煮沸,生成難溶于水的H2TiO3,該反應的化學方程式為______。

(4)脫色:H2TiO3中因存在少量Fe(OH)3而影響TiO2產(chǎn)品的顏色,“脫色”步驟中Ti2(SO4)3的作用是_________。

【答案】攪拌 12NaOH+2Ti3O5+O26Na2TiO3+6H2O Na2SiO3 用水量過大,導致濾液濃度過低,蒸發(fā)濃縮時能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時間過長) TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4 將溶液中的Fe3+還原為Fe2+,以便除去雜質鐵,提高H2TiO3的純度

【解析】

(1)①攪拌可使反應物混合均勻;

Ti3O5轉化為Na2TiO3,鈦元素化合價升高,根據(jù)氧化還原反應的規(guī)律書寫并配平化學方程式;

2)①加入氫氧化鈉后,二氧化硅會與氫氧化鈉反應生成水溶性的硅酸鈉;

②考慮后續(xù)的蒸發(fā)結晶耗能問題分析作答;

(3)根據(jù)水解原理結合產(chǎn)物書寫化學方程式;

(4)根據(jù)提示給定信息,“H2TiO3中的雜質Fe2Fe3更易水洗除去來分析作答。

(1)①為加快反應速率,在維持反應物顆粒大小、反應溫度一定的條件下,可適當攪拌,因為攪拌可使反應物混合均勻,增加反應物的接觸機會,從而達到加快反應速率的目的,

故答案為:攪拌;

NaOH固體與Ti3O5在空氣中加熱至500550 ℃時生成Na2TiO3,發(fā)生氧化還原反應,其化學方程式為:12NaOH2Ti3O5O26Na2TiO36H2O,

故答案為:12NaOH2Ti3O5O26Na2TiO36H2O;

(2) ①熔鹽時加入的氫氧化鈉會與少量雜質SiO2反應,其化學方程式為:2NaOHSiO2 = Na2SiO3H2O,生成的硅酸鈉易溶于水,則濾液中含有少量Na2SiO3,

故答案為:Na2SiO3

水浸時,用水量過大,導致濾液濃度過低,蒸發(fā)濃縮時能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時間過長),

故答案為:用水量過大,導致濾液濃度過低,蒸發(fā)濃縮時能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時間過長);

(3)“酸溶后獲得的TiOSO4會發(fā)生水解,經(jīng)加熱煮沸生成難溶于水的H2TiO3,其化學方程式為:TiOSO42H2OH2TiO3H2SO4,

故答案為:TiOSO42H2OH2TiO3H2SO4;

4)根據(jù)給定信息易知,脫色步驟中加入還原性的Ti2(SO4)3,是為了將溶液中的Fe3還原為Fe2,以便除去雜質鐵,提高H2TiO3的純度,且不引入新的雜質,

故答案為:將溶液中的Fe3還原為Fe2,以便除去雜質鐵,提高H2TiO3的純度。

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