Question

【題目】金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽為“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獲得副產品甲的工業生產流程如下。請回答下列問題。

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

（2）上述生產流程中加入鐵屑的目的是_________________________，此時溶液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，當溶液的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，該反應的離子方程式為___________________________________________________________。

（3）中間產品乙與焦炭、氯氣在高溫下發生反應制取TiCl4的方程式為________。Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應該控制的反應條件是_________。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】本題考查化學反應原理的應用，（1）根據原子守恒，鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO3，沒有氣體產生，且產物之一是TiOSO4，Ti的化合價沒有發生變化，因此反應方程式為FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O；（2）Fe2＋容易被氧氣氧化，因此加入鐵屑發生：Fe＋2F3＋=3Fe2＋，即加入鐵屑的目的是防止Fe2＋氧化；①當Qc=Ksp時，溶液達到飽和，因此有Ksp=c(Mg2＋)×c2(OH－)，代入數值，求出c(OH－)=10－4mol·L－1，根據水的離子積，求出c(H＋)=10－14/10－4mol·L－1，推出pH=10；②根據表格數據，TiO(OH)2的Ksp最小，先沉淀出來，因此加水稀釋，白色沉淀應是TiO(OH)2，即離子反應方程式為：TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+；（3）鈦酸煅燒得到TiO2，反應制備TiCl4時所加的氯氣和焦炭往往是過量的，因此C應轉化成CO，因此制取TiCl4的化學反應方程式為：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO，因為鎂是活潑金屬，能與氧氣發生反應，因此控制的條件是隔絕空氣，鈦是耐酸堿的金屬，而鎂能與酸發生反應，因此除去金屬鎂，可用稀鹽酸或稀硫酸。