Question

(12分)工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如下圖所示。鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），其中一部分鐵元素在風化過程中會轉化為+3價。

已知：TiOSO₄遇水會水解。
（1）步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉化為Fe²⁺的反應的離子方程式為                 。
（2）步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質的          （填字母序號）。a. 熔沸點差異 b. 溶解性差異   c. 氧化性、還原性差異
（3）步驟②、③、④中，均需用到操作是              （填操作名稱）。
（4）可以利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），則反應的離子方程式為                                               。
（5）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質，利用下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極所發(fā)生反應的電極反應式：                                   。
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是
（請結合化學用語解釋）                                        

Answer 1

（1）2Fe³⁺ + Fe =3Fe²⁺ (2分)（2）b  (1分)（3）過濾(1分)
（4）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O(2分)
（5）① 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑(2分)
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂ ="Ti" + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。或： 制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：
陰極：2Ca²⁺ + 4e^- = 2Ca     
陽極：2O^2- - 4e^- = O₂↑
2Ca + TiO₂ =" Ti" + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。(2分)

（1）鐵離子能把鐵單質氧化生成亞鐵離子，方程式為2Fe³⁺ + Fe =3Fe²⁺ 。
（2）冷卻結晶，有固體析出，因此是利用了物質溶解性的差異，答案選b。
（3）根據(jù)流程圖可知，三次實驗中均產(chǎn)生不溶性物質，所以都需要過濾。
（4）二氧化錳具有氧化性，能氧化廢液中的亞鐵離子，方程式為MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O。
（5）①電解池中陽極失去電子，所以根據(jù)熔融體中的離子可知，應該是氧離子失去電子，即 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑。
②由于制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂ ="Ti" + 2CaO，所以CaO的量不變。