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。请回答下列问题。

（1）钛酸亚铁（用R表示）与碳在高温下反应的化学方程式为2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑，钛酸亚铁的化学式为_______________；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为_____________________________________。

（2）上述生产流程中溶液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，该反应的离子方程式为___________________________________________________________。

（3）中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的方程式为______________。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_________。

Answer 1

【答案】FeTiO3 FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O10 TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO隔绝空气

【解析】

钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量的铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到溶液中 含有亚铁离子、TiO2+和少量镁离子等阳离子，冷却结晶得到副产品主要为硫酸亚铁，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3 ，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温下反应生成四氯化钛和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温下反应得到氯化镁和钛金属。(1). 钛酸亚铁与碳在高温下反应的化学方程式，根据原子守恒，钛酸亚铁的化学式为FeTiO3 ，钛酸亚铁和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成还生成硫酸亚铁和水，该反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；(2) ①加入过量的铁粉还原铁原子，防止亚铁离子被氧化为铁离子，溶液中镁离子的物质的量浓度为0.0018mol/L，析出氢氧化镁时，溶液中的c(OH-)=mol/L=10-4mol/L，则溶液中的氢离子浓度为10-10mol/L，则溶液的pH=10；②TiO（OH）2的溶度积最小，溶液加水稀释析出的白色沉淀为TiO（OH）2，该反应的离子方程式为TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+； (3). 乙为TiO2，与氯气和过量的碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，反应方程式为：TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，镁能与空气中氧气、氮气反应，需要隔绝空气进行。