Question

【題目】金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽為“未來金屬”。以鈦鐵礦（主要成分鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦同時獲得副產品甲的工業生產流程如下。請回答下列問題。

（1）鈦酸亞鐵（用R表示）與碳在高溫下反應的化學方程式為2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑，鈦酸亞鐵的化學式為_______________；鈦酸亞鐵和濃H2SO4反應的產物之一是TiOSO4，反應中無氣體生成，該反應的化學方程式為_____________________________________。

（2）上述生產流程中溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等陽離子。常溫下，其對應氫氧化物的Ksp如下表所示。

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

①常溫下，若所得溶液中Mg2+的物質的量濃度為0.0018mol/L，當溶液的pH等于_______時，Mg(OH)2開始沉淀。

②若將含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀釋，立即析出大量白色沉淀，該反應的離子方程式為___________________________________________________________。

（3）中間產品乙與焦炭、氯氣在高溫下發生反應制取TiCl4的方程式為______________。Mg還原TiCl4過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應該控制的反應條件是_________。

Answer 1

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

【解析】

鈦鐵礦用濃硫酸溶解，反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過量的鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到溶液中 含有亞鐵離子、TiO2+和少量鎂離子等陽離子，冷卻結晶得到副產品主要為硫酸亞鐵，濾液中加入水加熱過濾得到H2TiO3 ，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入氯氣、過量碳高溫下反應生成四氯化鈦和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫下反應得到氯化鎂和鈦金屬。(1). 鈦酸亞鐵與碳在高溫下反應的化學方程式，根據原子守恒，鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO3 ，鈦酸亞鐵和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO4，反應中無氣體生成還生成硫酸亞鐵和水，該反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；(2) ①加入過量的鐵粉還原鐵原子，防止亞鐵離子被氧化為鐵離子，溶液中鎂離子的物質的量濃度為0.0018mol/L，析出氫氧化鎂時，溶液中的c(OH-)=mol/L=10-4mol/L，則溶液中的氫離子濃度為10-10mol/L，則溶液的pH=10；②TiO（OH）2的溶度積最小，溶液加水稀釋析出的白色沉淀為TiO（OH）2，該反應的離子方程式為TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+； (3). 乙為TiO2，與氯氣和過量的碳高溫加熱反應生成TiCl4和一氧化碳，反應方程式為：TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，鎂能與空氣中氧氣、氮氣反應，需要隔絕空氣進行。