Question

【题目】金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀等性质被广泛用在高新科技材料和航天领域中。“硫酸法”生产钛的原料是钛铁矿[主要成分是钛酸亚铁（FeTiO3），含有Fe(Ⅲ)等杂质]，同时获得副产品甲的工业生产流程如下：

（1）浓硫酸处理钛铁矿时产物之一是TiOSO4，反应中无气体放出，写出该反应的化学方程式___。

（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是_______________，可循环利用的物质是_________，检验副产品甲是否变质的实验方法是_________________________________。

（3）溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等阳离子。常温下，其对应氢氧化物的Ksp如下表所示。

氢氧化物	Fe(OH)2	TiO(OH)2	Mg(OH)2
Ksp	8.0×10-16	1.0×10-29	1.8×10-11

①常温下，若所得溶液中Mg2+的物质的量浓度为0.0018mol/L，当pH等于_________时，Mg(OH)2开始沉淀。

②若将含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该沉淀是_______________________________________。

（4）中间产品乙是一种氧化物，其经高温与氯气、焦炭反应，除生成TiCl4外，还生成了一种可燃性气体，请写出该反应的化学方程式___________。

（5）Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还原控制的反应条件是__________________________________，反应后的产物需要加入______________溶解后才能达到提纯金属钛的目的。

Answer 1

【答案】 FeTiO3＋2H2SO4(浓)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O 还原Fe3+ 硫酸 取少量甲溶于水，滴加适量KSCN溶液，若溶液不产生血红色，则甲不变质 10 TiO(OH)2 TiO2+2C+2Cl2==TiCl4+2CO 隔绝空气（或在惰性气体氛围中） 稀盐酸（或稀硫酸）

【解析】钛铁矿（主要成分是：FeTiO3，还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素及脉石等杂质）中加入浓硫酸，FeTiO3发生反应：FeTiO3＋2H2SO4(浓)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ；钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，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，加热可水解生成H2TiO3，经煅烧可生成TiO2，用氯气、碳反应可生成TiCl4，高温条件下与镁反应可生成Ti。

（1）浓硫酸处理钛铁矿时产物之一是TiOSO4，反应中无气体放出，该反应的化学方程式：FeTiO3＋2H2SO4(浓)=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（2）铁可与Fe3＋反应生成Fe2＋，加入铁屑，可防止Fe2＋氧化，硫酸与过量的铁反应，副产品甲是FeSO4·7H2O，可循环利用的物质是硫酸，检验副产品甲是否变质的实验方法是取副产品溶于水，滴入KSCN溶液变血红色证明副产品甲变质，若溶液不产生血红色，则甲不变质；（3）①Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2＋）×c2（OH－）=1.8×10-11，故c（OH－）= ，故c（H＋）= =10-10，故此时pH=10；②已知TiO2＋发生水解生成钛酸（TiO(OH)2）沉淀和氢离子，其离子方程式为：TiO2＋+2H2O═TiO(OH)2↓+2H＋；（4）中间产物乙为TiO2，TiO2与焦炭、氯气在高温下发生反应生成四氯化钛和一氧化碳，反应的方程式为：TiO2+2C+2Cl2==TiCl4+2CO；（5）为防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，反应后的产物需要加入稀盐酸（或稀硫酸）镁溶解后才能达到提纯金属钛的目的。