Question

【题目】金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料，被誉为“未来金属”。以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如下：

回答下列问题：

（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成。副产品甲阳离子是________。

（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是____________________________。

（3）此时溶液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－1，当溶液的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，写出该反应的离子方程式：________________________。

（4）Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是__________________。（5）在800～1000℃时电解TiO2也可制得海绵钛，装置如图所示。下图中b是电源的________极，阴极的电极反应式________。

Answer 1

【答案】）（1）Fe2＋（2）防止Fe2＋氧化（3）①10②TiO2＋＋2H2O===TiO（OH）2↓（或H2TiO3）＋2H＋（4）隔绝空气（或惰性气氛中）

（5）正TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

【解析】

试题分析：（1）根据反应前后原子个数守恒，R的化学式为FeTiO3，根据题意写出FeTiO3＋H2SO4→TiOSO4，Ti的化合价为+4价，因为没有气体产生，化合价没变化，即生成物还有FeSO4、H2O，因此反应方程式为：FeTiO3＋2H2SO4=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O，所以副产品甲阳离子是Fe2＋；

（2）Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋,因此加入铁屑的作用是防止Fe2＋被氧化；

（3）①出现沉淀Ksp=c（Mg2＋）×c2（OH－），c（H＋）=Kw/c（OH－），代入数值，得出c（H＋）=10－10mol·L－1，则pH=10；②在对应氢氧化物的Ksp的数据中，TiO（OH）2的Ksp最小，根据Ksp的意义，相同类型的难溶物，Ksp越小，说明溶解能力越小，出现大量白色沉淀，即为TiO（OH）2，因此该反应的离子方程式为TiO2－＋2H2O=TiO（OH）2↓；（3）Mg是活泼金属，在高温下可以与空气中氧气、氮气、CO2等气体反应，因此要求控制条件是隔绝空气或惰性气体中；（4）根据O2－的移动方向，以及电解原理，阴离子向阳极移动，b为电源的正极，a为电源的负极，根据装置图，阴极产生O2－，电极反应式为：TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。