Question

5．金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕等性質(zhì)被廣泛用在高新科技材料和航天領(lǐng)域中．“硫酸法”生產(chǎn)鈦的原料是鈦鐵礦[主要成分是鈦酸亞鐵（FeTiO₃），含有Fe（Ⅲ）等雜質(zhì)]，同時獲得副產(chǎn)品甲的工業(yè)生產(chǎn)流程如下：

（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時產(chǎn)物之一是TiOSO₄，反應(yīng)中無氣體放出，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O
（2）上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是防止Fe²⁺氧化成Fe³⁺，可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸，檢驗副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實驗方法是取副產(chǎn)品溶于水，滴入KSCN溶液變血紅色證明副產(chǎn)品甲變質(zhì)，若溶液不產(chǎn)生血紅色，則甲不變質(zhì)
（3）溶液Ⅰ中含有Fe²⁺、TiO²⁺和少量Mg²⁺等陽離子．常溫下，其對應(yīng)氫氧化物的K_sp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(zhì)的量濃度為0.0018mol/L，當pH等于10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，寫出該反應(yīng)的離子方程式：TiO²⁺+2H₂O=TiO（OH）₂↓+2H⁺．
（4）中間產(chǎn)品乙是一種氧化物，其經(jīng)高溫與氯氣、焦炭反應(yīng)，除生成TiCl₄外，還生成了一種可燃性氣體，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（5）Mg還原TiCl₄過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還原控制的反應(yīng)條件是隔絕空氣，反應(yīng)后的產(chǎn)物需要加入稀鹽酸（或稀硫酸）溶解后才能達到提純金屬鈦的目的．

Answer 1

分析 由流程可知，鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO₃，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質(zhì)）中加入濃硫酸，F(xiàn)eTiO₃發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O，鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，
（1）濃硫酸處理鈦鐵礦時產(chǎn)物之一是TiOSO₄，反應(yīng)中無氣體放出，同時生成硫酸亞鐵和水；
（2）鐵能夠與鐵離子反應(yīng)，加入鐵粉可防止鐵離子氧化；可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸；根據(jù)流程可知副產(chǎn)品甲為FeSO₄•7H₂O，已經(jīng)亞鐵離子的還原性易被氧化為鐵離子，鐵離子遇到KSCN溶液顯示血紅色設(shè)計實驗檢驗是否變質(zhì)；
（3）①依據(jù)氫氧化鎂的溶度積常數(shù)進行計算即可；
②已知TiO²⁺發(fā)生水解生成鈦酸（H₂TiO₃）沉淀，根據(jù)元素守恒寫出反應(yīng)的離子方程式；
（4）乙為TiO₂，反應(yīng)物為乙為TiO₂、氯氣、C，反應(yīng)產(chǎn)物為四氯化鈦和CO，反應(yīng)條件為高溫，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）為防止碳與氧氣反應(yīng)，應(yīng)可絕空氣加熱；反應(yīng)后的產(chǎn)物需要加稀酸溶解后才能達到提純金屬鈦的目的．

解答 解：鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO₃，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質(zhì)）中加入濃硫酸，F(xiàn)eTiO₃發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O，鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，
（1）加入濃硫酸，F(xiàn)eTiO₃發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O；
（2）鐵可與Fe³⁺反應(yīng)生成Fe²⁺，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，從流程圖硫酸與過量的鐵反應(yīng)可知，副產(chǎn)品甲是FeSO₄•7H₂O，可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸，檢驗副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實驗方法是取副產(chǎn)品溶于水，滴入KSCN溶液變血紅色證明副產(chǎn)品甲變質(zhì)，若溶液不產(chǎn)生血紅色，則甲不變質(zhì)，
故答案為：防止Fe²⁺氧化成Fe³⁺；硫酸；取副產(chǎn)品溶于水，滴入KSCN溶液變血紅色證明副產(chǎn)品甲變質(zhì)，若溶液不產(chǎn)生血紅色，則甲不變質(zhì)；
（3）①K_sp[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^-10，故此時pH=10，故答案為：10；
②已知TiO²⁺發(fā)生水解生成鈦酸（H₂TiO₃）沉淀和氫離子，其離子方程式為：TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺，
故答案為：TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺；
（4）中間產(chǎn)物乙為TiO₂，TiO₂與焦炭、氯氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成四氯化鈦和一氧化碳，反應(yīng)的方程式為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（5）為防止碳與氧氣反應(yīng)，應(yīng)可絕空氣加熱，反應(yīng)后的產(chǎn)物需要加入稀鹽酸（或稀硫酸）鎂溶解后才能達到提純金屬鈦的目的，
故答案為：隔絕空氣；稀鹽酸（或稀硫酸）．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗方案的設(shè)計，題目難度中等，試題側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦呖汲Ｒ婎}型，明確制備流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，注意把握實驗的基本原理和常見物質(zhì)的性質(zhì)．