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【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)上述生产流程中加入铁屑的目的是_________________________,此时溶液中含有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+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_________。除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是__________________

【答案】 FeTiO3 FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O 防止Fe2+氧化 10 TiO2++2H2O═TiO(OH)2(或H2TiO3)+2H+ TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO 隔绝空气 稀盐酸

【解析】本题考查化学反应原理的应用,(1)根据原子守恒,钛酸亚铁的化学式为FeTiO3,没有气体产生,且产物之一是TiOSO4,Ti的化合价没有发生变化,因此反应方程式为FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O;(2)Fe2容易被氧气氧化,因此加入铁屑发生:Fe+2F3=3Fe2,即加入铁屑的目的是防止Fe2氧化;①当Qc=Ksp时,溶液达到饱和,因此有Ksp=c(Mg2)×c2(OH),代入数值,求出c(OH)=104mol·L1,根据水的离子积,求出c(H)=1014/104mol·L1,推出pH=10;②根据表格数据,TiO(OH)2Ksp最小,先沉淀出来,因此加水稀释,白色沉淀应是TiO(OH)2,即离子反应方程式为:TiO2++2H2O═TiOOH2(或H2TiO3+2H+;(3)钛酸煅烧得到TiO2,反应制备TiCl4时所加的氯气和焦炭往往是过量的,因此C应转化成CO,因此制取TiCl4的化学反应方程式为:TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO,因为镁是活泼金属,能与氧气发生反应,因此控制的条件是隔绝空气,钛是耐酸碱的金属,而镁能与酸发生反应,因此除去金属镁,可用稀盐酸或稀硫酸。

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