Question

【题目】钛白粉(TiO2)作为白色颜料和增白剂，广泛用于油漆、造纸等工业生产中。一种以钛铁矿(含FeTiO3及少量的CaO、Fe2O3、SiO2)为原料生产钛白粉的工艺流程如图：

回答下列问题：

(1)“酸浸”是用硫酸在温度为150~200℃下溶煮钛铁矿，“滤液1”中的主要成分中含有TiOSO4，则“酸浸”中主要发生的反应方程式为___。

(2)“滤渣1”的主要成分有___。

(3)“还原"中加入过量铁屑的目的是___。

(4)硫酸亚铁晶体的溶解度如下表所示，其中绿矾(FeSO4·7H2O)容易被氧化，则“分离”得到绿矾的操作为___。

(5)“水解”需要加热至90℃的目的是___。

(6)“滤液2”可返回到___工序循环利用。

(7)工业上将钛白粉与焦炭、氯气共热生成TiCl4和一种可燃气体，反应的化学方程式为___，最后在氩气氛围和加热的条件下用金属镁还原TiCl4制取性能优越的金属钛。

Answer 1

【答案】FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O SiO2、CaSO4 将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，防止Fe2+被氧化 真空加热浓缩，低于50℃降温结晶，过滤(洗涤) 升高温度，促进TiOSO4的水解 酸浸 TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO

【解析】

根据流程和题意有：FeTiO3及少量的CaO、Fe2O3、SiO2，加入硫酸后生成TiOSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3和微溶的CaSO4，SiO2不反应；滤液1中加入铁粉将三价铁转化为二价铁，再将绿矾FeSO47H2O分离出来，TiOSO4经过水解后得到H2TiO3和硫酸，最后煅烧得到钛白粉(TiO2)。

(1)钛铁矿FeTiO3中铁为+2价，则FeTiO3与硫酸反应生成TiOSO4和FeSO4，结合反应条件和质量守恒定律，则“酸浸”中主要发生的反应方程式为FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O；

(2)根据分析，与硫酸反应后生成的CaSO4微溶，SiO2与硫酸不反应，则 “滤渣1”的主要成分有SiO2、CaSO4；

(3)滤液1中有Fe2(SO4)3，后面要得到绿矾FeSO47H2O，加入铁屑能将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，同时Fe2+易被氧化，加入铁屑能防止Fe2+被氧化，所以加入过量铁屑的目的是将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，防止Fe2+被氧化；

(4)根据溶解度表，高于50℃时得不到FeSO4·7H2O，所以降温结晶温度不能高于50℃，二价铁不稳定，具有还原性，易被空气中的氧气氧化为三价铁，所以得到绿矾的操作为真空加热浓缩，低于50℃降温结晶，过滤(洗涤)；

(5)水解时吸热，升高温度，能促进水解，所以需要加热至90℃的目的是升高温度，促进TiOSO4的水解；

(6)TiOSO4水解时生成H2TiO3和硫酸，故“滤液2”中含有硫酸，可返回到酸浸工序循环利用。

(7)钛白粉与焦炭、氯气共热生成TiCl4和一种可燃气体是CO，反应物有TiO2、Cl2、C，生成物有TiCl4、CO，配平后得到反应的化学方程式为TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO。