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。

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______；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_________。

（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是___________。此时溶液中含有Fe^2＋、TiO^2＋和少量Mg^2＋等阳离子。常温下，其对应氢氧化物的K_sp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Mg^2＋的物质的量浓度为0.001 8 mol/L，当溶液的pH等于________时，Mg(OH)₂开始沉淀。

②若将含有Fe^2＋、TiO^2＋和Mg^2＋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____________。

（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_______。Mg还原TiCl₄过程中必须在1070 K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是_______。除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是______。

（4）在800～1 000 ℃时电解TiO₂也可制得海绵钛，装置如下图所示。

图中b是电源的________极，阴极的电极反应式为________。

Answer

（1）FeTiO3，FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（2）防止Fe2＋氧化，①10；②TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓(或H2TiO3)＋2H＋ ）；（3）TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，隔绝空气(或惰性气氛中)，稀盐酸；（4）正，TiO2＋4e－===Ti＋2O2－。

【解析】

试题分析：(1)根据反应前后原子个数守恒，R的化学式为FeTiO3，根据题意写出FeTiO3＋H2SO4→TiOSO4，Ti的化合价为+4价，因为没有气体产生，化合价没变化，即生成物还有FeSO4、H2O，因此反应方程式为：FeTiO3＋2H2SO4=TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；（2）Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋,因此加入铁屑的作用是防止Fe2＋被氧化，①出现沉淀Ksp=c(Mg2＋)×c2(OH－)，c(H＋)=Kw/c(OH－)，代入数值，得出c(H＋)=10－10mol·L－1，则pH=10；②在对应氢氧化物的Ksp的数据中，TiO(OH)2的Ksp最小，根据Ksp的意义，相同类型的难溶物，Ksp越小，说明溶解能力越小，出现大量白色沉淀，即为TiO(OH)2，因此有TiO2－＋2H2O=TiO(OH)2↓；（3）钛酸煅烧得到TiO2，TiO2＋C＋Cl2→TiCl4＋CO或者TiO2＋C＋Cl2→TiCl4＋CO2，根据化合价的升降配平，分别是TiO2＋2C＋2Cl2=TiCl4＋2CO、TiO2＋C＋2Cl2=TiCl4＋CO2，Mg是活泼金属，在高温下可以与空气中氧气、氮气、CO2等气体反应，因此要求控制条件是隔绝空气或惰性气体中，除去金属Mg可以用稀盐酸；(4)根据O2－的移动方向，以及电解原理，阴离子向阳极移动，b为电源的正极，a为电源的负极，根据装置图，阴极产生O2－，电极反应式为：TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。

考点：考查化学式、铁的性质、溶度积的计算、氧化还原反应、电解等知识。