Question

【題目】二氧化鈦是目前使用最廣泛的白色顏料。工業(yè)上，以鈦鐵礦（主要成分為鈦酸亞鐵[FeTiO3]，含有少量SiO2雜質(zhì)）為原料制備二氧化鈦的過程如下圖所示。

已知：①超過70℃TiO2+易水解；低于0℃ FeSO4·7H2O大量結(jié)晶。

②鈦的化合價主要有+4價和+3價，其中Ti3+（紫黑色）還原性比Fe2+強

③有關氫氧化物開始沉淀的pH如下:

氫氧化物	Ti（OH）4	Ti（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
開始沉淀時的pH	0.5	3.0	1.5	7.6

根據(jù)相關信息回答下列問題；

（1）酸浸過程選用的酸是__________。

（2）步驟①中生成Fe2+和TiO2+的化學反應方程式為__________。

（3）以下相關描述正確的是__________。

A 步驟②中加入鐵粉，在防止Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+的同時也將部分TiO2+氧化成了Ti3+

B 步驟③中的降溫結(jié)晶過程可以選擇冰水混合物

C ③中發(fā)生了反應Fe3++ Ti3++H2O== Fe2++ TiO2++2H+

D 廢液成分中有硫酸，可以循環(huán)利用

（4）步④中生成Ti（OH）4的離子方程式為__________，選擇的pH范圍是__________。

（5）證明步驟④中Ti （OH）4固體已經(jīng)洗滌干凈的方法是__________。

（6）鈦酸鋰（Li4Ti5O12）是一種理想型嵌入材料，插入與脫嵌對材料結(jié)構(gòu)幾乎沒影響。某新型鈦酸鋰電池總反應式為：LiXO2（s）+Li4Ti5O12（s）=Li1-aXO2+Li4+aTi5O12（s），則其負極反應式為__________。

Answer 1

【答案】硫酸或濃硫酸 FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O CD TiO2++3H2OTi（OH）4↓+2H+（條件>70℃） 0.5-1.5 取少量最后一次洗滌液于試管中，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅，證明沉淀已洗凈（或取少量最后一次洗滌液于試管中，加入少量BaCl2溶液，若無白色沉淀，證明沉淀已洗凈） LiXO2 - ae－→ Li1-aXO2 + aLi+

【解析】

流程第①步加酸溶解生成TiO2＋和Fe2＋，第②步加鐵粉還原Fe3＋，過濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO4·7H2O和含有TiO2＋的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO2＋水解生成Ti（OH）4，過濾得到Ti（OH）4；第⑤步Ti（OH）4受熱分解生成化生成TiO2．

（1）③步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO4·7H2O，酸浸過程選用的酸是硫酸或濃硫酸。

（2）FeTiO3與H2SO4反應生成FeSO4、TiOSO4和H2O，則步驟①中生成Fe2+和TiO2+化學反應方程式為：FeTiO3+2H2SO4═FeSO4+TiOSO4+2H2O；

（3）A 、步驟②中加入鐵粉，亞鐵離子易被氧化，則加入鐵粉的主要目的是將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋并防止Fe2＋被氧化，故A不選；

B、 步驟③中的降溫結(jié)晶過程可以選擇冰水混合物

C 、由流程圖中經(jīng)過反應③后形成FeSO4·7H2O沉淀，濾液中有Fe2+、TiO2+、H+，③中發(fā)生了反應Fe3++ Ti3++H2O== Fe2++ TiO2++2H+，故C選；

D 、TiO2＋在一定條件下會發(fā)生水解生成Ti（OH）4和氫離子，溶液中存在平衡：TiO2＋+3H2O Ti（OH）4+2H＋，廢液成分中有硫酸，可以循環(huán)利用，故D選；

故選CD。

（4）步④中生成Ti（OH）4的離子方程式為TiO2++3H2OTi（OH）4↓+2H+（條件>70℃），Ti（OH）4沉淀而Fe（OH）3不沉淀，選擇的pH范圍是0.5-1.5。

（5）Ti（OH）4沉淀后濾液中有Fe3+ 、SO42-，證明步驟④中Ti （OH）4固體已經(jīng)洗滌干凈的方法是：取少量最后一次洗滌液于試管中，加入幾滴KSCN溶液，若溶液不變紅，證明沉淀已洗凈（或取少量最后一次洗滌液于試管中，加入少量BaCl2溶液，若無白色沉淀，證明沉淀已洗凈） 。

（6）新型鈦酸鋰電池總反應式為：LiXO2（s）+Li4Ti5O12（s）=Li1-aXO2+Li4+aTi5O12（s），則其負極LiXO2失電子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為LiXO2 - ae－→ Li1-aXO2 + aLi+。