Question

【題目】金屬鈦被稱為“21世紀金屬”。工業上由鈦鐵礦(主要成分FeTiO3)制備TiCl4的主要工藝流程如下:

回答下列問題:

（1）已知酸浸反應FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O，則FeTiO3中鐵元素的化合價為_____。加熱TiOSO4溶液可制備TiO2·nH2O膠體，其反應的化學方程式為__________。為提高鈦鐵礦的酸浸出率，可采取的辦法除粉碎礦石外，還可以采取的辦法有__________、_______(寫出兩種方法)。

（2）加入A的目的是____(填字母)。

A.防止Fe2+被氧化 B.與Fe3+反應 C.防Fe2+水解

溶液II經操作II可得副產品FeSO4·7H2O，則操作II包括濃縮、冷卻、_____、_____。

（3）常溫下，若溶液II中Fe2+的濃度為0.49mol/L，為防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超過_____。(已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17)

（4）鈦酸煅燒得中間產物的化學方程式為H2TiO3(s) TiO2(s)+H2O(g),上述工藝流程中，氯氣與焦炭均足量時生成TiCl4的化學方程式為__________________________。

（5）可利用TiO2通過下述兩種方法制備金屬鈦:

方法一: 通過以下反應制備金屬鈦

①TiO2 (s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) △ H=+151kJ/mol

②TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti

方法二:將TiO2作陰極，石墨作陽極，熔融CaO為電解液，碳塊作電解槽池，電解TiO2制得鈦，陽極上一定生成的氣體是___________，可能生成的氣體是______________。

從綠色化學角度，你認為上述兩種方法中那種更好，并說明理由___________________________

Answer 1

【答案】 +2 TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4 升高溫度(或加熱) 適當提高酸濃度（適當沒有也給分）或攪拌 A 結晶 過濾 6 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO O2或氧氣 CO2(或CO或CO2、CO) 方法二好，從綠色化學角度 方法一會有有毒氣體氯氣參與（答案合理都給分）

【解析】（1）FeTiO3中鈦的化合價為+4價，氧的化合價為-2價，故鐵元素的化合價為+2價；加熱TiOSO4溶液水解溶液呈酸性，可制備TiO2·nH2O膠體，反應的化學方程式為TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4；為提高鈦鐵礦的酸浸出率，可采取的辦法除粉碎礦石外，還可以采取的辦法有升高溫度(或加熱)、適當提高酸濃度、或攪拌；（2）加入A為鐵粉，其目的是防止Fe2+被氧化，答案選A；溶液II經操作II可得副產品FeSO4·7H2O，則操作II包括濃縮、冷卻、結晶、過濾；（3）常溫下，若溶液II中Fe2+的濃度為0.49mol/L，Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)c2(OH-)=0.49mol/L×c2(OH-) =4.9×10-17，c(OH-)=，pH=6，故為防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超過6；（4）煅燒后產生的TiO2和氯氣與焦炭均足量時生成TiCl4和CO，反應的化學方程式為TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；（5）電解TiO2制得鈦，陽極上氧離子失電子產生氧氣；石墨電極可能會與氧氣反應生成一氧化碳或二氧化碳；方法二好，從綠色化學角度 方法一會有有毒氣體氯氣參與。