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9.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:FeTiO3,还含有少量Mn、Cr等重金属元素及脉石等杂质);主要生产流程如图:
已知反应:
①将钛铁矿与浓H2SO4共热:FeTiO3+2H2SO4(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO4(硫酸氧钛)+FeSO4+2H2O.
②加水热分解硫酸氧钛:TiOSO4+(n+1)H2O $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$TiO2•nH2O↓(钛酸)+H2SO4
请回答下列问题:
(1)副产品甲是FeSO4•7H2O,可循环利用的物质是硫酸.
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是防止Fe2+被氧化,用离子方程式表示其原理:2Fe3++Fe=3Fe2+
(3)写出中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应的方程式为:TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO.
(4)在稀有气体(如氩)氛围和高温的条件下,用镁和TiCl4反应可得钛.写出反应的化学方程式:2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2稀有气体氛围的作用:防止钛被氧化.
(5)“硫酸法”生产钛排放的废液对水体有哪些污染,请指出主要的两点:
①酸污染;②重金属离子(Cu2+、Cr3+等)污染.

分析 由流程可知,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)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO4(硫酸氧钛)+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)根据流程可知副产品甲为FeSO4•7H2O,可循环利用的物质是硫酸;
(2)铁能够与铁离子反应,加入铁粉可防止铁离子氧化;
(3)乙为TiO2,反应物为乙为TiO2、氯气、C,反应产物为四氯化钛和CO,反应条件为高温,据此写出反应的化学方程式;
(4)根据元素守恒可知,镁和TiCl4反应可得钛和氯化镁,据此写化学方程式,钛能被氧化;
(5)“硫酸法”排放的废液为酸性,会产生酸污染;与Ti共存的其它重金属的废液对水体有污染,可以用熟石灰治理污染.

解答 解: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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$(浓)TiOSO4(硫酸氧钛)+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)从流程图硫酸与过量的铁反应可知,副产品甲是FeSO4•7H2O,可循环利用的物质是硫酸,
故答案为:FeSO4•7H2O;硫酸;
(2)铁可与Fe3+反应生成Fe2+,加入铁屑,可防止Fe2+氧化,离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+
故答案为:2Fe3++Fe=3Fe2+
(3)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+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO,
故答案为:TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO;
(4)根据元素守恒可知,镁和TiCl4反应可得钛和氯化镁,化学方程式为2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2,钛能被氧化,所以稀有气体氛围能防止钛被氧化,
故答案为:2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2;防止钛被氧化;
(5)硫酸法生产钛排放的废液为酸性,会产生酸污染,并且与Ti共存的其它重金属的废液对水体有污染,
故答案为:①酸污染  ②重金属离子(Cu2+、Cr3+等)污染.

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计,题目难度中等,试题侧重于学生的分析能力和实验能力的考查,为高考常见题型,明确制备流程及反应原理为解答关键,注意把握实验的基本原理和常见物质的性质.

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