Question

钛合金是航天航空工业的重要材料。有钛铁矿（主要成分是TiO₂和Fe的氧化物）制备TiO₂等产品的一种工艺流程示意图如下所示：

已知：①TiO²⁺易水解，只能存在于强酸性溶液中

②TiCl₄的熔点-25.0℃，沸点136.4℃；SiCl₄的熔点-68.8℃，沸点57.6℃

回答下列问题：

（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO₂反应的离子方程式_______，加入铁屑的作用是______。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有______________________。

（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末得到固体TiO₂·nH₂O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因___________，废液中溶质的主要成分是____________（填化学式）．

（4）用金红石（主要含TiO₂）为原料，采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下图所示：

写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式_______________，制得的TiCl₄液体中常含有少量SiCl₄杂质，可采用_______________方法除去．欲使16gTiO₂完全转化为Ti，至少需要Na物质的量为___________。

（5）TiO₂直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解液为某种可以传导O^2-离子的熔融盐，原理如图所示，则其阴极电极反应为：______________________，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有_______________．

Answer

TiO2+2H+=TiO2++H2O 使Fe3+还原为Fe2+ 蒸发浓缩，冷却结晶，过滤(洗涤) 溶液中存在水解平衡TiO2++(n+1)H2OTiO2•nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c(H+)，促进水解平衡向生成TiO2•nH2O的方向移动 Na2SO4 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO 蒸馏(或分馏) 0.8mol TiO2+4e-=Ti+2O2- O2、CO、CO2

【解析】本题主要考查对于制备TiO2等产品的一种工艺流程的评价。

（1）钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应成为TiO2+，该反应的离子方程式为TiO2+2H+=TiO2++H2O。加入铁屑的作用是使Fe3+还原为Fe2+。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。

（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2·nH2O，其原因为：溶液中存在水解平衡：TiO2++(n+1)H2OTiO2•nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末与H+反应，降低了溶液中c(H+)，促进水解平衡向生成TiO2•nH2O的方向移动。废液中溶质的主要成分是硫酸残留的与Na2CO3残留的Na+组成的Na2SO4。

（4）沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，可采用蒸馏方法除去．欲使16g即0.2molTiO2完全转化为Ti，至少需要Na物质的量为0.2mol×4=0.8mol。

（5）阴极电极反应为：TiO2+4e-=Ti+2O2-，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有O2-氧化而成的O2，以及O2在电解温度下与石墨电极反应生成的CO、CO2。