Question

（16分）金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H₂SO₄(浓)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O

（1）步骤I中发生反应的离子方程式：                     、                      。

（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。

25 ℃时，难溶电解质溶解度(s)与pH关系如图，TiO(OH)₂溶度积K_sp＝1×10^－29

①步骤Ⅲ加入铁屑原因是                     。

②TiO^2＋水解的离子方程式为               。向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是        。

当溶液pH接近      时，TiO(OH)₂已沉淀完全。

（3）反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于        ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。写出阳极上所发生的反应式：                    。

Answer

（1）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O (2分)；SiO2+2OH-=SiO32-+H2O (2分)

（2）①将Fe3+转化为Fe2+(1分)防止Fe3+与TiO同时生成沉淀（1分） ②TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+③(2分)调节溶液pH值（1分）促进TiO2+水解（1分）3（2分）

（3）1412（2分）2O2—-4e-=O2↑(1分) C+O2=CO2(1分)或C+2O2—-4e-=CO2↑（2分）

【解析】

试题分析：钛铁矿（主要成分FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）当向其中加入NaOH溶液时，Al2O3、SiO2会发生反应，离子方程式是：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；SiO2+2OH-=SiO32-+H2O；（2）①得到的精矿中含有FeTiO3，FeO，然后向其中加入浓硫酸，发生反应：2H2SO4(浓)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O；4H2SO4(浓)+2FeO=Fe2(SO4)3+SO2↑+4H2O,得到含有H+、Fe2+、Fe3+、TiO2+的溶液，步骤Ⅲ加入铁屑原因会发生反应：2Fe3++Fe=3Fe2+；防止Fe3+与TiO同时生成沉淀；② TiO2＋水解的离子方程式为TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+；向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是消耗溶液中的H+，调节溶液pH值；根据图像可知，当溶液pH接近3时，TiO(OH)2已沉淀完全；（3）TiCl4在隔绝空气时加入Mg发生置换反应产生Ti、MgCl2，同时还有过量的金属Mg，根据混合物中Mg、Ti、MgCl2的熔沸点关系可知当加热的温度略高于1412℃时，Mg、MgCl2变为气体逸出；而Ti则恰好刚刚熔化，因此可以达到分离提纯的目的。（4）由于用惰性电极石墨电极作阳极，所以电解质中的阴离子在阳极放电，该电极的电极式是：2O2—-4e-=O2↑；C+O2=CO2；或写为：C+2O2—-4e-=CO2↑。

考点：考查铁、铝、硅的化合物的性质、盐的水解、反应条件的控制、离子方程式的书写、电解原理在物质制取中的应用的知识。