Question

【題目】金屬鈦(Ti)因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕等性質被廣泛用在高新科技材料和航天領域中。“硫酸法”生產鈦的原料是鈦鐵礦[主要成分是鈦酸亞鐵（FeTiO3），含有Fe(Ⅲ)等雜質]，同時獲得副產品甲的工業生產流程如下：

（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時產物之一是TiOSO4，反應中無氣體放出，寫出該反應的化學方程式___。

（2）上述生產流程中加入鐵屑的目的是_______________，可循環利用的物質是_________，檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是_________________________________。

（3）溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等陽離子。常溫下，其對應氫氧化物的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+的物質的量濃度為0.0018mol/L，當pH等于_________時，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，該沉淀是_______________________________________。

（4）中間產品乙是一種氧化物，其經高溫與氯氣、焦炭反應，除生成TiCl4外，還生成了一種可燃性氣體，請寫出該反應的化學方程式___________。

（5）Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還原控制的反應條件是__________________________________，反應后的產物需要加入______________溶解后才能達到提純金屬鈦的目的。

Answer 1

【答案】 FeTiO3＋2H2SO4(濃)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O 還原Fe3+ 硫酸 取少量甲溶于水，滴加適量KSCN溶液，若溶液不產生血紅色，則甲不變質 10 TiO(OH)2 TiO2+2C+2Cl2==TiCl4+2CO 隔絕空氣（或在惰性氣體氛圍中） 稀鹽酸（或稀硫酸）

【解析】鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO3，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質）中加入濃硫酸，FeTiO3發生反應：FeTiO3＋2H2SO4(濃)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ；鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO4，加入鐵屑，可防止Fe2＋氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO4和TiOSO4，溶液Ⅱ主要含有TiOSO4，加入水，加熱可水解生成H2TiO3，經煅燒可生成TiO2，用氯氣、碳反應可生成TiCl4，高溫條件下與鎂反應可生成Ti。

（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時產物之一是TiOSO4，反應中無氣體放出，該反應的化學方程式：FeTiO3＋2H2SO4(濃)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（2）鐵可與Fe3＋反應生成Fe2＋，加入鐵屑，可防止Fe2＋氧化，硫酸與過量的鐵反應，副產品甲是FeSO4·7H2O，可循環利用的物質是硫酸，檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是取副產品溶于水，滴入KSCN溶液變血紅色證明副產品甲變質，若溶液不產生血紅色，則甲不變質；（3）①Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2＋）×c2（OH－）=1.8×10-11，故c（OH－）= ，故c（H＋）= =10-10，故此時pH=10；②已知TiO2＋發生水解生成鈦酸（TiO(OH)2）沉淀和氫離子，其離子方程式為：TiO2＋+2H2O═TiO(OH)2↓+2H＋；（4）中間產物乙為TiO2，TiO2與焦炭、氯氣在高溫下發生反應生成四氯化鈦和一氧化碳，反應的方程式為：TiO2+2C+2Cl2==TiCl4+2CO；（5）為防止碳與氧氣反應，應可絕空氣加熱，反應后的產物需要加入稀鹽酸（或稀硫酸）鎂溶解后才能達到提純金屬鈦的目的。