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(lái)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(wèn)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(wú)氣體生成，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________。

（2）上述生產(chǎn)流程中溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等陽(yáng)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(kāi)始沉淀。

②若將含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀釋?zhuān)�立即析出大量白色沉淀，該反�?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(guò)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_________。

Answer 1

【答案】FeTiO3 FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O10 TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO隔絕空氣

【解析】

鈦鐵礦用濃硫酸溶解，反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過(guò)量的鐵粉還原鐵離子，過(guò)濾得到濾液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到溶液中 含有亞鐵離子、TiO2+和少量鎂離子等陽(yáng)離子，冷卻結(jié)晶得到副產(chǎn)品主要為硫酸亞鐵，濾液中加入水加熱過(guò)濾得到H2TiO3 ，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入氯氣、過(guò)量碳高溫下反應(yīng)生成四氯化鈦和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫下反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬。(1). 鈦酸亞鐵與碳在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)原子守恒，鈦酸亞鐵的化學(xué)式為FeTiO3 ，鈦酸亞鐵和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO4，反應(yīng)中無(wú)氣體生成還生成硫酸亞鐵和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；(2) ①加入過(guò)量的鐵粉還原鐵原子，防止亞鐵離子被氧化為鐵離子，溶液中鎂離子的物質(zhì)的量濃度為0.0018mol/L，析出氫氧化鎂時(shí)，溶液中的c(OH-)=mol/L=10-4mol/L，則溶液中的氫離子濃度為10-10mol/L，則溶液的pH=10；②TiO（OH）2的溶度積最小，溶液加水稀釋析出的白色沉淀為T(mén)iO（OH）2，該反應(yīng)的離子方程式為T(mén)iO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+； (3). 乙為T(mén)iO2，與氯氣和過(guò)量的碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl4和一氧化碳，反應(yīng)方程式為：TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，鎂能與空氣中氧氣、氮?dú)夥磻?yīng)，需要隔絕空氣進(jìn)行。