题目内容
18．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图1．
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FeTiO3；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FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是防止Fe2+氧化．此时溶液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 |
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TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+）．
（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TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO．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隔绝空气．除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是稀盐酸．
（4）在800～1 000℃时电解TiO2也可制得海绵钛，装置如图2所示．图中b是电源的正极，阴极的电极反应式为TiO2+4e-═Ti+2O2-．
分析 钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti；
（1）根据化学方程式为2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑，结合原子守恒可确定钛酸亚铁的化学式，钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，依据氧化还原反应分析，应生成硫酸亚铁和水；
（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，可防止Fe2+氧化；
①依据氢氧化镁的溶度积常数进行计算即可；
②已知TiO2+发生水解生成钛酸（H2TiO3）沉淀，根据元素守恒写出反应的离子方程式；
（3）TiO2与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4，同时得到CO气体，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式，防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，除去钛中混有的镁，可根据金属的活泼性选择稀盐酸溶解镁；
（4）电解池的阳极发生失电子的氧化反应；电解池的阴极发生得电子的还原反应；电解TiO2也可制得海绵钛，变化是二氧化钛在阴极得到电子发生还原反应．
解答 解：钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti；
（1）根据原子守恒可知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，依据氧化还原反应分析，应生成硫酸亚铁和水，反应的化学方程式为：FeTiO3+H2SO4（浓）=TiOSO4+FeSO4+2H2O，
故答案为：FeTiO3；FeTiO3+H2SO4（浓）=TiOSO4+FeSO4+2H2O；
（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，可防止Fe2+氧化，故答案为：防止Fe2+氧化；
①Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×c2（OH-）=1.8×10-11，故c（OH-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{0.0018}}$=10-4，故c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10-10mol/L，故此时pH=10，故答案为：10；
②已知TiO2+发生水解生成钛酸（H2TiO3）沉淀和氢离子，其离子方程式为：TiO2++2H2O═H2TiO3↓+2H+，故答案为：TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+ ）；
（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TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，可用稀盐酸溶解镁除去钛中混有的镁，
故答案为：TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO；隔绝空气；稀盐酸；
（4）电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为：2O2-→O2↑+4e-，电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2+4e-→Ti+2O2-；电解池中，电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极，
故答案为：正；TiO2+4e-→Ti+2O2-．
点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．
鹰派教辅衔接教材河北教育出版社系列答案
初中暑期衔接系列答案
| A． | 它们表示四种元素 | |
| B． | ②③的化学性质相同 | |
| C． | ②表示的元素是金属元素 | |
| D． | ①表示的是原子，而④表示的是阴离子 |
；
）在一定条件下可发生类似反应①的反应，生成芳香族聚碳酸酯，写出反应的化学方程式：2n
+n
→
+4nCH3OH．
，若要检验C中所含官能团，一次取样检验，按使用的先后顺序写出所用试剂用银氨溶液先检验醛基，再加稀盐酸使溶液呈酸性后，加溴水检验碳碳双键．
．
工业上生产高氯酸（沸点：90°C）时还同时生产了亚氯酸钠，其工艺流程如下：
甲烷是天然气的主要成分，是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质．
氨气是化学实验室常需制取的气体．实验室制取氨气的装置如图1所示：