Question

以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于

非氧化还原反应

（选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）；
（2）反应TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti在Ar气氛中进行的理由是

防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用

；
（3）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe²⁺被氧化，物质A是

Fe

，上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物及可回收利用的物质是

FeSO₄?7H₂O、Fe、H₂SO₄

．
（4）钛、氯气和过量焦炭在高温下反应的化学方程式

2Cl₂+TiO₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO

；
（5）如果取钛铁矿At，生产出钛Bt（不考虑损耗），则钛铁矿中钛的质量分数

B

A

×100%

（用A、B字母表示）．

Answer 1

分析：（1）根据氧化还原反应中元素的化合价发生变化进行分析判断；
（2）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，镁和氮气二氧化碳都反应；
（3）浓硫酸具有强氧化性，与Fe²⁺反应生成Fe³⁺，加入铁粉可将Fe³⁺还原成Fe²⁺；过滤后滤液中含有FeSO₄；由工艺流程图及题中信息可知可回收利用的物质是FeSO₄?7H₂O、Fe、H₂SO₄；
（4）氯气、二氧化钛和焦炭在高温下反应，由工艺流程图及题中信息可知生成物为四氯化钛和一氧化碳，根据反应前后元素种类不变，即可写出反应的化学方程式；
（5）根据钛原子守恒进行解答；

解答：解：（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO₄中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO₄中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar气氛中进行，
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（3）浓硫酸具有强氧化性，与Fe²⁺反应生成Fe³⁺，加入铁粉可将Fe³⁺还原成Fe²⁺，所以物质A是Fe；过滤后滤液中含有FeSO₄，结晶后可得到FeSO₄?7H₂O晶体，由工艺流程图及题中信息可知上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物及可回收利用的物FeSO₄?7H₂O、Fe、H₂SO₄，
故答案为：Fe；FeSO₄?7H₂O、Fe、H₂SO₄；
（4）氯气、二氧化钛和焦炭在高温下反应，氯气具有氧化性，碳具有还原性，由工艺流程图及题中信息可知生成物为四氯化钛和一氧化碳，根据反应前后元素种类不变，反应的化学方程式为：2Cl₂+TiO₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO，
故答案为：2Cl₂+TiO₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO；
（5）如果取钛铁矿At，生产出钛Bt，根据钛没有损耗，所以生产出的钛的质量等于钛铁矿中钛元素的质量，所以钛铁矿中钛的质量分数

B

A

×100%，
故答案为：

B

A

×100%；

点评：本题考查以钛铁矿为主要原料冶炼金属钛工艺流程，注意分析流程各反应物的转化是解答的关键，题目难度中等．