Question

金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO₃),含少量Fe₂O₃]为原料制备钛的工艺流程如图所示。

(1)步骤②、③、④中,均需进行的操作是____(填操作名称)。 

(2)滤液1中钛元素以TiO²⁺形式存在,步骤①中生成TiO²⁺的化学方程式为____,硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示,据此判断,酸浸时所加硫酸的质量分数应为____(填范围)。 

(3)请结合离子方程式解释步骤④中加热水的原因:____。 

(4)电解法制备Ti的装置是以石墨为阳极,TiO₂为阴极,熔融CaO为电解质。Ti在___(填“阳极”或“阴极”)生成,____(填“能”或“不能”)将熔融CaO换成石灰乳。

Answer

过滤 FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O 80%~85% TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,水解反应吸热,用热水促进反应向正反应方向进行 阴极 不能

【解析】

由流程图可知，加硫酸溶解钛铁矿，FeTiO3生成TiO2+，Fe2O3生成Fe3+，加入铁粉，铁粉还原Fe3+，过滤除去滤渣，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO4•7H2O晶体和含有TiO2+的溶液，TiO2+经过水解得H2TiO3，H2TiO3再煅烧得TiO2，电解TiO2制得Ti。

(1)步骤②、③、④均为固液分离操作，操作的名称为过滤，故答案为：过滤；

（2）加硫酸溶解钛铁矿，FeTiO3与硫酸反应生成FeSO4、TiOSO4和H2O，反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；由图可知，硫酸质量分数为80%~85%时，钛、铁浸出率最高，故答案为：FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；80%~85%；

（3）步骤④中的反应为TiOSO4水解生成H2TiO3，反应的离子方程式为TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解反应为吸热反应，用热水升高反应温度，水解平衡向正反应方向进行，有利于H2TiO3的生成，故答案为：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,水解反应吸热,用热水促进反应向正反应方向进行；

（4）电解TiO2获得Ti，用TiO2为阴极，电极反应式为TiO2+4e-═Ti+2O2-，则Ti在阴极生成；若将熔融CaO换成石灰乳，水在阴极得电子发生还原反应生成氢气，影响TiO2在阴极放电生成Ti，则不能将熔融CaO换成石灰乳，故答案为：阴极；不能。