Question

【題目】工業(yè)、上常用鈦鐵礦[主要成分為FeTiO3(鈦酸亞鐵，不溶于水)、Fe2O3及少量SiO2雜質(zhì)]作原料，制取二氧化鈦及鐵紅，其生產(chǎn)流程如圖：

已知：TiO2+易水解，只能存在于強(qiáng)酸性溶液中。

回答下列問題：

（1）鈦鐵礦用硫酸溶解時(shí)，過濾所得濾渣的成分是__(填化學(xué)式)。

（2）從溶液B中得到FeSO4·7H2O晶體的操作是__、過濾、洗滌、干燥。

（3）溶液C中加入NH4HCO3，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是__。

（4）煅燒FeCO3，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是__。

（5）流程中加入Na2CO3粉末得到固體TiO2·nH2O。請結(jié)合TiO2+的水解平衡原理解釋其原因：__。

（6）用如圖所示裝置(熔融CaF2-CaO作電解質(zhì))獲得金屬鈣，并用鈣還原TiO2制取金屬鈦。陽極反應(yīng)式是__，反應(yīng)過程中CaO的物質(zhì)的量__(填“減小”“不變”或“增大”)。

Answer 1

【答案】SiO2 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 Fe2++2HCO3 =FeCO3↓+CO2↑+H2O 4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2 TiO2++(n+1)H2OTiO2·nH2O+2H+，加入Na2CO3粉末消耗H+，平衡正向移動(dòng)，生成TiO2·nH2O C+2O2-4e===CO2↑ 不變

【解析】

鈦鐵礦[主要成分為FeTiO3(鈦酸亞鐵，不溶于水)、Fe2O3及少量SiO2雜質(zhì)]加過量硫酸，FeTiO3溶于過量硫酸，生成Fe2+、TiO2+、H2O，Fe2O3溶于過量硫酸，生成Fe3+離子，SiO2雜質(zhì)不溶于酸，濾液A主要陽離子為Fe2+、TiO2+、Fe3+；加入鐵粉，發(fā)生了反應(yīng)：2Fe3++Fe═3Fe2+，溶液B主要陽離子為Fe2+ 、TiO2+，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶得綠礬和TiO2+、SO42-，加入碳酸鈉粉末生成TiO2nH2O，一定條件下得到TiO2；綠礬加水溶解，調(diào)節(jié)pH至5~8.5防止水解，溶液C溶質(zhì)主要為FeSO4，加入足量的NH4 HCO3，生成FeCO3，經(jīng)過煅燒后得到Fe2O3 。

(1)根據(jù)分析可知濾渣主要為不溶于酸的SiO2；

(2)從溶液中得到晶體的一般操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；

(3)加入碳酸氫銨后，Fe2+與碳酸氫根電離出的碳酸根結(jié)合生成碳酸亞鐵沉淀，促進(jìn)碳酸氫根的電離，氫離子濃度增大，氫離子濃度增大后又促進(jìn)碳酸氫根的水解，生成二氧化碳，所以離子方程式為：Fe2++2HCO3 =FeCO3↓+CO2↑+H2O；

(4)煅燒FeCO3生成三氧化二鐵和二氧化碳，Fe2+別氧化，結(jié)合元素守恒可知氧化劑為O2，根據(jù)電子守恒可得方程式為：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2；

(5)溶液中存在平衡TiO2++(n+1)H2OTiO2·nH2O+2H+，加入Na2CO3粉末消耗H+，平衡正向移動(dòng)，生成TiO2·nH2O；

(6)與正極相連的是陽極，據(jù)圖可知石墨電極為陽極，反應(yīng)過程中C被氧化生成CO2，所以電極方程式為：C+2O2-4e===CO2↑；陰極上電極反應(yīng)式為：2Ca2++4e-═2Ca，鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式為：2Ca+TiO2=Ti+2CaO，在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量不變。