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。

(5)以绿矾为原料,可以制备重要工业原料氧化铁,基本流程如下:

①绿矾溶液中离子浓度由大到小的顺序为__________。

②FeCO₃达到沉淀溶解平衡时,室温下测得溶液的pH为8,c(Fe²⁺ )=1.0×10^-5 mol·L^-1。所得FeCO₃中_____(填“含”或“不含”)有Fe(OH)₂。已知: {Ksp[Fe(OH)₂]= 4.9×10^-17}

Answer

过滤 FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O 80%~85% TiO2++ 2H2OH2TiO3+2H+，水解反应是吸热反应，用热水促进反应向正反应方向进行 阴极 不能 c(SO42-)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-) 不含

【解析】

钛铁矿加酸溶解过滤得到含有TiO2+和Fe3+的滤液，向滤液中加铁粉还原Fe3+，过滤除去滤渣，对滤液冷却结晶，过滤得到FeSO4•7H2O和含有TiO2+的溶液，加入热水促进TiO2+水解生成H2TiO3，煅烧H2TiO3生成TiO2，电解可生成Ti，以此解答该题。

(1)根据分析可知步骤②、③、④中，均需进行的操作是过滤；

(2)反应物为钛铁矿，结合元素守恒可知方程式为FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；根据图像可知硫酸质量分数在80%~85%之间时浸出率最大；

(3)TiO2+在水溶液中发生水解TiO2++ 2H2OH2TiO3+2H+，水解反应是吸热反应，用热水促进反应向正反应方向进行，生成H2TiO3；

(4)由TiO2生成Ti，Ti元素化合价降低发生还原反应，电解池中阴极得电子发生还原反应；若换成石灰乳，石灰乳中有水，阴极将产生氢气，无法得到金属钛，所以不能将熔融CaO换成石灰乳；

(5)①绿矾溶液中亚铁离子会发生水解使溶液显酸性，所以溶液中离子浓度由大到小为c(SO42-)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-)；

②根据题意，pH为8，则c(OH-)=1×10-6mol/L，因为c(Fe2+)•c2(OH-)=1.0×10-5×(1×10-6)2 =1.0×10-17＜Ksp[Fe(OH)2]，故无Fe(OH)2生成。