工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如图所示．钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3），其中一部

Question

工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如图所示．钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3），其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价．已知：TiOSO4遇水会水解．（1）写出相应的离子方程式：步骤①中，钛元素从钛铁矿中溶入溶液时发生的反应为：______；步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的为______．（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的______（填字母序号）．a．熔沸点差异 b．溶解性差异 c．氧化性、还原性差异（3）步骤②、③、④中，均需用到的分离操作是______（填操作名称）；步骤④中使用热水的目的是______．（4）可以利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO2）反应生产硫酸锰（MnSO4，易溶于水），则反应的离子方程式为______．（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛．写出阳极所发生反应的电极反应式：______．

Answer 1

（1）依据转化关系中的生成两种判断，钛铁矿溶于酸生成亚铁离子和TiO²⁺，反应的离子方程式结合电荷守恒原子守恒配平写出为：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；步骤②中，用铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺的反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺
故答案为：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺
（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到，故答案为：b；
（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液，④中使用热水的目的是促进TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，分离出固体加热得到TiO₂；
故答案为：过滤；促使TiO²⁺水解平衡正向移动；
（4）利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO₂）反应生产硫酸锰（MnSO₄，易溶于水），利用二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子为三价铁离子，反应的离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（5）用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；