Question

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FeTiO₃，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，回答下列问题：

（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，反应中无气体生成。副产品甲俗称“绿矾”其化学式是________________。

（2）上述生产流程中加入Fe屑的目的是                   （用离子方程式表示），检验副产品甲是否变质的实验方法是                                            。

（3）上述生产流程中所得到的金属钛中混有少量杂质，可加入      溶解后除去。

（4）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

①常温下，若所得溶液中Mg²⁺的物质的量浓度为0.0018mol/L，当pH等于_________时，Mg(OH)₂开始沉淀。

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，写出该反应的离子方程式：__________________________________________________________________

（5）Mg还原TiCl₄过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应控制的反应条件是__________________________

（6）在800--1000℃时电解TiO₂也可制得海绵钛，装置如图所示。图中b是电源的______极，阴极的电极反应式________________。

Answer

⑴ FeSO4·7H2O  ⑵ 2Fe3＋+Fe=3Fe2＋    取副产品甲少许溶于水，滴加适量KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色  ⑶ 稀盐酸  （4）①10  ②TiO2++2H2O=TiO(OH)2↓+2H+    （5）隔绝空气（或在惰性气体氛围中）进行反应。 （6）正TiO2   +4e-=  Ti＋2O2-

【解析】

试题分析：⑴ 绿矾的化学式是FeSO4·7H2O。⑵ 上述生产流程中加入Fe屑的目的是防止产生硫酸铁。反应的离子方程式是2Fe3＋+Fe=3Fe2＋ 。检验副产品甲是否变质的实验方法是取副产品甲少许溶于水，滴加适量KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色。若变为血红色证明变质了，否则未变质。⑶ 上述生产流程中所得到的金属钛中混有少量杂质Mg，可根据镁的活动性比钛强，容易与酸发生反应，通过加入盐酸来溶解除去。⑷ Ksp=C(Mg2+)C2(OH-)=1.8×10-11;若开始产生沉淀，则=C(Mg2+)C2(OH-)> Ksp。 C2(OH-)=(1.8×10-11)÷C(Mg2+)=(1.8c)÷0.0018mol/L=1.×10-8,所以C(OH-)=1×10-4.C(H+)=11×10-10.故PH=10. 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：TiO2++2H2O=TiO(OH)2↓+2H+  。（5）Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行，而在高温下Mg、及产生的Ti容易被氧化而变质，甚至不能产生Ti。所以还应控制的反应条件是隔绝空气（或在惰性气体氛围中）进行反应。 （6）正TiO2   +4e-=  Ti＋2O2-（6）TiO2作阴极，石墨作阳极。a是负极，b是正极。阴极的电极反应式：TiO2   +4e-=  Ti＋2O2-。

考点：考查Ti的冶炼方法及制取过程中涉及的各物质的化学性质、离子的检验的知识。