Question

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FeTiO₃，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，回答下列問題：

（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO₄，反應中無氣體生成。副產品甲俗稱“綠礬”其化學式是________________。
（2）上述生產流程中加入Fe屑的目的是                  （用離子方程式表示），檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是                                           。
（3）上述生產流程中所得到的金屬鈦中混有少量雜質，可加入     溶解后除去。
（4）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，寫出該反應的離子方程式：__________________________________________________________________
（5）Mg還原TiCl₄過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應控制的反應條件是__________________________
（6）在800--1000℃時電解TiO₂也可制得海綿鈦，裝置如圖所示。圖中b是電源的______極，陰極的電極反應式________________。

Answer 1

⑴ FeSO₄·7H₂O  ⑵ 2Fe^3＋+Fe=3Fe^2＋   取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變為血紅色 ⑶ 稀鹽酸 （4）①10  ②TiO²⁺+2H₂O=TiO(OH)₂↓+2H⁺   （5）隔絕空氣（或在惰性氣體氛圍中）進行反應。 （6）正TiO₂  +4e^-=  Ti＋2O^2-

解析試題分析：⑴ 綠礬的化學式是FeSO₄·7H₂O。⑵ 上述生產流程中加入Fe屑的目的是防止產生硫酸鐵。反應的離子方程式是2Fe^3＋+Fe=3Fe^2＋ 。檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變為血紅色。若變為血紅色證明變質了，否則未變質。⑶ 上述生產流程中所得到的金屬鈦中混有少量雜質Mg，可根據鎂的活動性比鈦強，容易與酸發生反應，通過加入鹽酸來溶解除去。⑷ Ksp=C(Mg²⁺)C²(OH^-)=1.8×10^-11;若開始產生沉淀，則=C(Mg²⁺)C²(OH^-)> Ksp。 C²(OH^-)=(1.8×10^-11)÷C(Mg²⁺)=(1.8c)÷0.0018mol/L=1.×10^-8,所以C(OH^-)=1×10^-4.C(H+)=11×10^-10.故PH="10." 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：TiO²⁺+2H₂O=TiO(OH)₂↓+2H⁺ 。（5）Mg還原TiCl₄過程中必須在1070K的溫度下進行，而在高溫下Mg、及產生的Ti容易被氧化而變質，甚至不能產生Ti。所以還應控制的反應條件是隔絕空氣（或在惰性氣體氛圍中）進行反應。 （6）正TiO₂  +4e^-=  Ti＋2O^2-（6）TiO2作陰極，石墨作陽極。a是負極，b是正極。陰極的電極反應式：TiO₂  +4e^-=  Ti＋2O^2-。
考點：考查Ti的冶煉方法及制取過程中涉及的各物質的化學性質、離子的檢驗的知識。