Question

【題目】金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點(diǎn)高、常溫時(shí)耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽(yù)為“未來金屬”。以鈦鐵礦（主要成分鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦同時(shí)獲得副產(chǎn)品甲的工業(yè)生產(chǎn)流程如下。請(qǐng)回答下列問題。

（1）鈦酸亞鐵（用R表示）與碳在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑，鈦酸亞鐵的化學(xué)式為_______________；鈦酸亞鐵和濃H2SO4反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO4，反應(yīng)中無氣體生成，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________。

（2）上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是_________________________，此時(shí)溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等陽離子。常溫下，其對(duì)應(yīng)氫氧化物的Ksp如下表所示。

氫氧化物	Fe(OH)2	TiO(OH)2	Mg(OH)2
Ksp	8.0×10-16	1.0×10-29	1.8×10-11

①常溫下，若所得溶液中Mg2+的物質(zhì)的量濃度為0.0018mol/L，當(dāng)溶液的pH等于_______時(shí)，Mg(OH)2開始沉淀。

②若將含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀釋，立即析出大量白色沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________。

（3）中間產(chǎn)品乙與焦炭、氯氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)制取TiCl4的方程式為________。Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進(jìn)行，你認(rèn)為還應(yīng)該控制的反應(yīng)條件是_________。除去所得金屬鈦中少量的金屬鎂可用的試劑是__________________。

Answer 1

【答案】 FeTiO3 FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O 防止Fe2+氧化 10 TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+ TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO 隔絕空氣 稀鹽酸

【解析】本題考查化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用，（1）根據(jù)原子守恒，鈦酸亞鐵的化學(xué)式為FeTiO3，沒有氣體產(chǎn)生，且產(chǎn)物之一是TiOSO4，Ti的化合價(jià)沒有發(fā)生變化，因此反應(yīng)方程式為FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O；（2）Fe2＋容易被氧氣氧化，因此加入鐵屑發(fā)生：Fe＋2F3＋=3Fe2＋，即加入鐵屑的目的是防止Fe2＋氧化；①當(dāng)Qc=Ksp時(shí)，溶液達(dá)到飽和，因此有Ksp=c(Mg2＋)×c2(OH－)，代入數(shù)值，求出c(OH－)=10－4mol·L－1，根據(jù)水的離子積，求出c(H＋)=10－14/10－4mol·L－1，推出pH=10；②根據(jù)表格數(shù)據(jù)，TiO(OH)2的Ksp最小，先沉淀出來，因此加水稀釋，白色沉淀應(yīng)是TiO(OH)2，即離子反應(yīng)方程式為：TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+；（3）鈦酸煅燒得到TiO2，反應(yīng)制備TiCl4時(shí)所加的氯氣和焦炭往往是過量的，因此C應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO，因此制取TiCl4的化學(xué)反應(yīng)方程式為：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO，因?yàn)殒V是活潑金屬，能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，因此控制的條件是隔絕空氣，鈦是耐酸堿的金屬，而鎂能與酸發(fā)生反應(yīng)，因此除去金屬鎂，可用稀鹽酸或稀硫酸。