Question

(14分)金屬鈦（Ti）性能優(yōu)越，被稱為繼鐵、鋁之后的“第三金屬”。工業(yè)上以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為主要原料冶煉金屬鈦，其生產(chǎn)的工藝流程圖如下：

已知：2H₂SO₄(濃)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
（1）步驟I中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：                 、                  。
（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于強酸性溶液中。
25 ℃時，難溶電解質(zhì)溶解度與pH關(guān)系如圖，

TiO(OH)₂溶度積K_sp＝1×10^－29
①步驟Ⅲ加入鐵屑原因  是          　        。
② TiO^2＋水解的離子方程式為                 。
向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是       。
當溶液pH=       時，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）TiCl₄→Ti反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于       ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）電解TiO₂制備鈦的方法如圖所示。該方法由于具備生產(chǎn)過程簡化、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點而引人注目。已知TiO₂熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，電解時陰極反應(yīng)式為       。

Answer 1

（14分）
（1）Al₂O₃+2OH^－=2AlO₂^－+H₂O（或Al₂O₃+2OH^－+3H₂O=2[Al(OH)₄]^－）（2分）
SiO₂+2OH^－=SiO₃^2－+H₂O（2分）
（2）①將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀（2分）
②TiO²⁺+2H₂OTiO(OH)₂+2H⁺ （2分）    
調(diào)節(jié)溶液pH值，促進TiO²⁺水解 （1分）     2（2分）
（3）1412 （1分）
（4）TiO₂+4e^－=Ti+2O^2－（2分）

試題分析：（1）根據(jù)鈦鐵礦的成分可知與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的物質(zhì)是氧化鋁和二氧化硅，離子方程式為Al₂O₃+2OH^－=2AlO₂^－+H₂O（或Al₂O₃+2OH^－+3H₂O=2[Al(OH)₄]^－）（2分）
SiO₂+2OH^－=SiO₃^2－+H₂O；
（2）①由圖可知TiO(OH)₂與Fe（OH）₃沉淀的pH很接近，所以加入鐵粉目的是將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，防止Fe³⁺與TiO²⁺同時生成沉淀；
②TiO^2＋易水解，只能存在于強酸性溶液中，所以TiO^2＋水解生成TiO(OH)₂與H⁺ ，離子方程式為TiO²⁺+2H₂OTiO(OH)₂+2H⁺ ； 從流程圖中可看出加入碳酸鈉溶液后得到TiO(OH)₂沉淀，所以向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液pH值，使TiO²⁺水解平衡正向移動；由圖可知，pH=2時TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）Mg、MgCl₂的沸點最高是1412℃，而Ti的熔點為1667℃，所以當溫度略高于1412℃時Mg、MgCl₂以氣體的形式除去，得到Ti；
（4）電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng)，因為TiO₂熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，所以是TiO₂得電子生成Ti單質(zhì)和O^2－，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^－=Ti+2O^2－。