Question

【题目】二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等，二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。现在工业由以下两种方法制备二氧化钛：

方法1：可用含有Fe2O3、SiO2的钛铁矿(主要成分为FeTiO3，其中Ti元素化合价为+4价)制取，其主要工艺流程如下：

已知有关反应包括：

酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)→FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)

水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)→H2TiO3(s)+H2SO4(aq)

(1)试剂A为____，钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品收率降低，原因____；

(2)取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是__________。这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2会略发黄，发黄的杂质是_____________（填化学式）。

方法2：

Ⅰ．将干燥后的金红石(主要成分TiO2，主要杂质SiO2)与碳粉混合装入氯化炉中，在高温下通入Cl2反应制得混有SiCl4杂质的TiCl4；

II．将SiCl4分离，得到纯净的TiCl4；

III．在TiCl4中加水、加热，水解得到沉淀TiO2·xH2O，洗涤和干燥；

IV．TiO2·xH2O高温分解得到TiO2。

(1)TiCl4水解生成TiO2x H2O的化学方程式为____________________；

(2)检验TiO2x H2O中Cl-是否被除净的方法是____________________；金属钛被称为“21世纪金属”，工业制备金属钛是在800～900℃及惰性气体的保护下，在密闭反应器中，将TiCl4以一定的流速通入熔化的镁即可。主要涉及以下反应：

①TiO2+2Cl2+C→TiCl4+CO2

②TiCl4+2Mg → 2MgCl2+Ti

(3)下列推断不合理的是________

A.钛在高温下可能易与氧气反应

B.镁的熔点比钛的熔点高

C.钛的金属活动性比镁的金属活动性强

D.反应②产生的MgCl2可作为电解法制取镁的原料

(4)请完成以TiO2、Cl2和焦炭为原料制取金属Ti和Mg的流程图，并用箭头标明物料循环。___________________

Answer 1

【答案】铁粉 由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低 Fe2+ Fe2O3 TiCl4+(2+x)H2OTiO2xH2O↓+4HCl 取少量水洗液，滴加硝酸酸化AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，说明Cl-已除净 BC

【解析】

含有Fe2O3、SiO2的钛铁矿(主要成分为FeTiO3，其中Ti元素化合价为+4价)加硫酸，在90℃温度下，溶解，过滤，滤液中含有FeSO4(aq)、TiOSO4(aq)和Fe2(SO4)3(aq)，加铁粉(试剂A)，把三价铁离子还原为亚铁离子，降温到70℃，结晶过滤，得到硫酸亚铁晶体，滤液为TiOSO4(aq)，滤液温度升高到90℃，使TiOSO4水解生成H2TiO3固体，洗涤、干燥、煅烧得到TiO2。

(1)由流程可知Fe2(SO4)3与Fe粉反应产生FeSO4(aq)，试剂A应为铁粉；由题中信息可知，TiOSO4容易水解，升高温度促进水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO47H2O中导致TiO2产率降低；

(2)取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，说明没有Fe3+，再加H2O2后出现红色，说明有Fe3+，则原来含有Fe2+，加H2O2后Fe2+被氧化为Fe3+；H2TiO3中的二价铁易被氧化为三价铁，煅烧时会生成Fe2O3，TiO2含有少量的Fe2O3会呈现黄色；

(1)设TiCl4的系数为1，根据元素守恒，TiO2xH2O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H2O的系数为(2+x)，方程式为TiCl4+(2+x)H2OTiO2xH2O↓+4HCl；

(2)沉淀吸附溶液中的Cl-，根据发生反应：Cl-+Ag+=AgCl↓，可知检验TiO2x H2O中Cl-是否被除净的方法是：取最后一次的少量洗涤液，滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，不产生白色沉淀，说明Cl-已除净；

(3)A. 工业制备金属钛是在800～900℃及惰性气体的保护下，说明钛在高温下可能易与氧气反应生成二氧化钛，A正确；

B. 镁易熔化熔点较低，镁的熔点比钛的熔点低，故B错误；

C. 活泼性强的金属能置换活泼性弱的金属，Mg能置换Ti，说明Mg比Ti活泼，C错误；

D. 电解熔融的MgCl2能制取镁，所以反应②产生的MgCl2可作为电解法制取镁的原料，故D正确；

故合理选项是BC；

(4)TiO2、Cl2和焦炭在高温条件下生成TiCl4和CO2，再用Mg单质置换TiCl4得到Ti和MgCl2，电解熔融的氯化镁又能得到Mg和Cl2，则以TiO2、Cl2和焦炭为原料制取金属Ti和Mg的流程图为：。