Question

【題目】金屬鈦被稱為“21世紀(jì)金屬”。工業(yè)上由鈦鐵礦(主要成分FeTiO3)制備TiCl4的主要工藝流程如下:

回答下列問(wèn)題:

（1）已知酸浸反應(yīng)FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O，則FeTiO3中鐵元素的化合價(jià)為_____。加熱TiOSO4溶液可制備TiO2·nH2O膠體，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。為提高鈦鐵礦的酸浸出率，可采取的辦法除粉碎礦石外，還可以采取的辦法有__________、_______(寫出兩種方法)。

（2）加入A的目的是____(填字母)。

A.防止Fe2+被氧化 B.與Fe3+反應(yīng) C.防Fe2+水解

溶液II經(jīng)操作II可得副產(chǎn)品FeSO4·7H2O，則操作II包括濃縮、冷卻、_____、_____。

（3）常溫下，若溶液II中Fe2+的濃度為0.49mol/L，為防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超過(guò)_____。(已知Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17)

（4）鈦酸煅燒得中間產(chǎn)物的化學(xué)方程式為H2TiO3(s) TiO2(s)+H2O(g),上述工藝流程中，氯氣與焦炭均足量時(shí)生成TiCl4的化學(xué)方程式為__________________________。

（5）可利用TiO2通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:

方法一: 通過(guò)以下反應(yīng)制備金屬鈦

①TiO2 (s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) △ H=+151kJ/mol

②TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti

方法二:將TiO2作陰極，石墨作陽(yáng)極，熔融CaO為電解液，碳?jí)K作電解槽池，電解TiO2制得鈦，陽(yáng)極上一定生成的氣體是___________，可能生成的氣體是______________。

從綠色化學(xué)角度，你認(rèn)為上述兩種方法中那種更好，并說(shuō)明理由___________________________

Answer 1

【答案】 +2 TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4 升高溫度(或加熱) 適當(dāng)提高酸濃度（適當(dāng)沒(méi)有也給分）或攪拌 A 結(jié)晶 過(guò)濾 6 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO O2或氧氣 CO2(或CO或CO2、CO) 方法二好，從綠色化學(xué)角度 方法一會(huì)有有毒氣體氯氣參與（答案合理都給分）

【解析】（1）FeTiO3中鈦的化合價(jià)為+4價(jià)，氧的化合價(jià)為-2價(jià)，故鐵元素的化合價(jià)為+2價(jià)；加熱TiOSO4溶液水解溶液呈酸性，可制備TiO2·nH2O膠體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(膠體)+H2SO4；為提高鈦鐵礦的酸浸出率，可采取的辦法除粉碎礦石外，還可以采取的辦法有升高溫度(或加熱)、適當(dāng)提高酸濃度、或攪拌；（2）加入A為鐵粉，其目的是防止Fe2+被氧化，答案選A；溶液II經(jīng)操作II可得副產(chǎn)品FeSO4·7H2O，則操作II包括濃縮、冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾；（3）常溫下，若溶液II中Fe2+的濃度為0.49mol/L，Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)c2(OH-)=0.49mol/L×c2(OH-) =4.9×10-17，c(OH-)=，pH=6，故為防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超過(guò)6；（4）煅燒后產(chǎn)生的TiO2和氯氣與焦炭均足量時(shí)生成TiCl4和CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；（5）電解TiO2制得鈦，陽(yáng)極上氧離子失電子產(chǎn)生氧氣；石墨電極可能會(huì)與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳或二氧化碳；方法二好，從綠色化學(xué)角度 方法一會(huì)有有毒氣體氯氣參與。