Question

二氧化钛是目前使用最广泛的白色颜料。工业上，以钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁[FeTiO₃]，含有少量SiO₂杂质）为原料制备二氧化钛的过程如下图所示。

已知：①超过70℃TiO²⁺易水解；低于0℃ FeSO₄·7H₂O大量结晶。

②钛的化合价主要有+4价和+3价，其中Ti³⁺（紫黑色）还原性比Fe²⁺强

③有关氢氧化物开始沉淀的pH如下:

氢氧化物	Ti（OH）4	Ti（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀时的pH	0.5	3.0	1.5	7.6

根据相关信息回答下列问题；

（1）酸浸过程选用的酸是__________。

（2）步骤①中生成Fe²⁺和TiO²⁺的化学反应方程式为__________。

（3）以下相关描述正确的是__________。

A 步骤②中加入铁粉，在防止Fe²⁺转化成Fe³⁺的同时也将部分TiO²⁺氧化成了Ti³⁺

B 步骤③中的降温结晶过程可以选择冰水混合物

C ③中发生了反应Fe³⁺+ Ti³⁺+H₂O== Fe²⁺+ TiO²⁺+2H⁺

D 废液成分中有硫酸，可以循环利用

（4）步④中生成Ti（OH）₄的离子方程式为__________，选择的pH范围是__________。

（5）证明步骤④中Ti （OH）₄固体已经洗涤干净的方法是__________。

（6）钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）是一种理想型嵌入材料，插入与脱嵌对材料结构几乎没影响。某新型钛酸锂电池总反应式为：LiXO₂（s）+Li₄Ti₅O₁₂（s）=Li_1-aXO₂+Li_4+aTi₅O₁₂（s），则其负极反应式为__________。

Answer

硫酸或浓硫酸 FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O CD TiO2++3H2OTi（OH）4↓+2H+（条件>70℃） 0.5-1.5 取少量最后一次洗涤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，若溶液不变红，证明沉淀已洗净（或取少量最后一次洗涤液于试管中，加入少量BaCl2溶液，若无白色沉淀，证明沉淀已洗净） LiXO2 - ae－→ Li1-aXO2 + aLi+

【解析】

流程第①步加酸溶解生成TiO2＋和Fe2＋，第②步加铁粉还原Fe3＋，过滤除去滤渣，第③步冷却结晶，过滤得到FeSO4·7H2O和含有TiO2＋的溶液；第④步调节PH，使TiO2＋水解生成Ti（OH）4，过滤得到Ti（OH）4；第⑤步Ti（OH）4受热分解生成化生成TiO2．

（1）③步冷却结晶，过滤得到FeSO4·7H2O，酸浸过程选用的酸是硫酸或浓硫酸。

（2）FeTiO3与H2SO4反应生成FeSO4、TiOSO4和H2O，则步骤①中生成Fe2+和TiO2+化学反应方程式为：FeTiO3+2H2SO4═FeSO4+TiOSO4+2H2O；

（3）A 、步骤②中加入铁粉，亚铁离子易被氧化，则加入铁粉的主要目的是将Fe3＋转化为Fe2＋并防止Fe2＋被氧化，故A不选；

B、 步骤③中的降温结晶过程可以选择冰水混合物

C 、由流程图中经过反应③后形成FeSO4·7H2O沉淀，滤液中有Fe2+、TiO2+、H+，③中发生了反应Fe3++ Ti3++H2O== Fe2++ TiO2++2H+，故C选；

D 、TiO2＋在一定条件下会发生水解生成Ti（OH）4和氢离子，溶液中存在平衡：TiO2＋+3H2O Ti（OH）4+2H＋，废液成分中有硫酸，可以循环利用，故D选；

故选CD。

（4）步④中生成Ti（OH）4的离子方程式为TiO2++3H2OTi（OH）4↓+2H+（条件>70℃），Ti（OH）4沉淀而Fe（OH）3不沉淀，选择的pH范围是0.5-1.5。

（5）Ti（OH）4沉淀后滤液中有Fe3+ 、SO42-，证明步骤④中Ti （OH）4固体已经洗涤干净的方法是：取少量最后一次洗涤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，若溶液不变红，证明沉淀已洗净（或取少量最后一次洗涤液于试管中，加入少量BaCl2溶液，若无白色沉淀，证明沉淀已洗净） 。

（6）新型钛酸锂电池总反应式为：LiXO2（s）+Li4Ti5O12（s）=Li1-aXO2+Li4+aTi5O12（s），则其负极LiXO2失电子，发生氧化反应，电极反应式为LiXO2 - ae－→ Li1-aXO2 + aLi+。