Question

【題目】金屬鈦(Ti)因其硬度大、熔點(diǎn)高、常溫時(shí)耐酸堿腐蝕等性質(zhì)被廣泛用在高新科技材料和航天領(lǐng)域中。“硫酸法”生產(chǎn)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(zhì)]，同時(shí)獲得副產(chǎn)品甲的工業(yè)生產(chǎn)流程如下：

（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時(shí)產(chǎn)物之一是TiOSO4，反應(yīng)中無氣體放出，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___。

（2）上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是_______________，可循環(huán)利用的物質(zhì)是_________，檢驗(yàn)副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實(shí)驗(yàn)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(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)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，該沉淀是_______________________________________。

（4）中間產(chǎn)品乙是一種氧化物，其經(jīng)高溫與氯氣、焦炭反應(yīng)，除生成TiCl4外，還生成了一種可燃性氣體，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________。

（5）Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進(jìn)行，你認(rèn)為還原控制的反應(yīng)條件是__________________________________，反應(yīng)后的產(chǎn)物需要加入______________溶解后才能達(dá)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(chǎn)生血紅色，則甲不變質(zhì) 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(zhì)）中加入濃硫酸，FeTiO3發(fā)生反應(yīng)：FeTiO3＋2H2SO4(濃)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ；鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)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(jīng)煅燒可生成TiO2，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl4，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti。

（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時(shí)產(chǎn)物之一是TiOSO4，反應(yīng)中無氣體放出，該反應(yīng)的化學(xué)方程式：FeTiO3＋2H2SO4(濃)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（2）鐵可與Fe3＋反應(yīng)生成Fe2＋，加入鐵屑，可防止Fe2＋氧化，硫酸與過量的鐵反應(yīng)，副產(chǎn)品甲是FeSO4·7H2O，可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸，檢驗(yàn)副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法是取副產(chǎn)品溶于水，滴入KSCN溶液變血紅色證明副產(chǎn)品甲變質(zhì)，若溶液不產(chǎn)生血紅色，則甲不變質(zhì)；（3）①Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2＋）×c2（OH－）=1.8×10-11，故c（OH－）= ，故c（H＋）= =10-10，故此時(shí)pH=10；②已知TiO2＋發(fā)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(chǎn)物乙為TiO2，TiO2與焦炭、氯氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成四氯化鈦和一氧化碳，反應(yīng)的方程式為：TiO2+2C+2Cl2==TiCl4+2CO；（5）為防止碳與氧氣反應(yīng)，應(yīng)可絕空氣加熱，反應(yīng)后的產(chǎn)物需要加入稀鹽酸（或稀硫酸）鎂溶解后才能達(dá)到提純金屬鈦的目的。