Question

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，均需用到的操作是_____________（填操作名稱）。
（4）請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO₂⁺轉化為H₂TiO₃的原理： ______________ 。
（5）可以利用生產過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），該反應的離子方程式為_____________。
（6）研究發(fā)現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、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）b                
（3）過濾 
（4）溶液中存在平衡：TiO²⁺ + 2H₂OH₂TiO₃ + 2H⁺，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃。 
（5）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ === Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O
（6）① 2O^2- - 4e^- == O₂↑（同時寫出C + O₂ == CO₂也可）或 C + 2O^2- - 4e^- == CO₂↑ 
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。