Question

【題目】鈦合金是航天航空工業的重要材料。有鈦鐵礦（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制備TiO2等產品的一種工藝流程示意圖如下所示：

已知：①TiO2+易水解，只能存在于強酸性溶液中

②TiCl4的熔點-25.0℃，沸點136.4℃；SiCl4的熔點-68.8℃，沸點57.6℃

回答下列問題：

（1）寫出鈦鐵礦酸浸時，主要成分TiO2反應的離子方程式_______，加入鐵屑的作用是______。

（2）操作Ⅱ包含的具體操作方法有______________________。

（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固體TiO2·nH2O，請用恰當的原理和化學用語解釋其原因___________，廢液中溶質的主要成分是____________（填化學式）．

（4）用金紅石（主要含TiO2）為原料，采用亨特（Hunter）法生產鈦的流程如下圖所示：

寫出沸騰氯化爐中發生反應的化學方程式_______________，制得的TiCl4液體中常含有少量SiCl4雜質，可采用_______________方法除去．欲使16gTiO2完全轉化為Ti，至少需要Na物質的量為___________。

（5）TiO2直接電解法生產金屬鈦是一種較先進的方法，電解液為某種可以傳導O2-離子的熔融鹽，原理如圖所示，則其陰極電極反應為：______________________，電解過程中陽極電極上會有氣體生成，該氣體可能含有_______________．

Answer 1

【答案】 TiO2+2H+=TiO2++H2O 使Fe3+還原為Fe2+ 蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾(洗滌) 溶液中存在水解平衡TiO2++(n+1)H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c(H+)，促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動 Na2SO4 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO 蒸餾(或分餾) 0.8mol TiO2+4e-=Ti+2O2- O2、CO、CO2

【解析】本題主要考查對于制備TiO2等產品的一種工藝流程的評價。

（1）鈦鐵礦酸浸時，主要成分TiO2反應成為TiO2+，該反應的離子方程式為TiO2+2H+=TiO2++H2O。加入鐵屑的作用是使Fe3+還原為Fe2+。

（2）操作Ⅱ包含的具體操作方法有蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌。

（3）向“富含TiO2+溶液”中加入Na2CO3粉末得到固體TiO2·nH2O，其原因為：溶液中存在水解平衡：TiO2++(n+1)H2OTiO2nH2O+2H+，加入的Na2CO3粉末與H+反應，降低了溶液中c(H+)，促進水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移動。廢液中溶質的主要成分是硫酸殘留的與Na2CO3殘留的Na+組成的Na2SO4。

（4）沸騰氯化爐中發生反應的化學方程式為TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，制得的TiCl4液體中常含有少量SiCl4雜質，可采用蒸餾方法除去．欲使16g即0.2molTiO2完全轉化為Ti，至少需要Na物質的量為0.2mol×4=0.8mol。

（5）陰極電極反應為：TiO2+4e-=Ti+2O2-，電解過程中陽極電極上會有氣體生成，該氣體可能含有O2-氧化而成的O2，以及O2在電解溫度下與石墨電極反應生成的CO、CO2。