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Mg²⁺的物质的量浓度为0.0018mol/L，当溶液的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，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1070K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__________________。

Answer

FeTiO3 FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O 防止Fe2+氧化 10 TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+ TiO2+2C+2Cl2  TiCl4+2CO 隔绝空气 稀盐酸

【解析】本题考查化学反应原理的应用，（1）根据原子守恒，钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，没有气体产生，且产物之一是TiOSO4，Ti的化合价没有发生变化，因此反应方程式为FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O；（2）Fe2＋容易被氧气氧化，因此加入铁屑发生：Fe＋2F3＋=3Fe2＋，即加入铁屑的目的是防止Fe2＋氧化；①当Qc=Ksp时，溶液达到饱和，因此有Ksp=c(Mg2＋)×c2(OH－)，代入数值，求出c(OH－)=10－4mol·L－1，根据水的离子积，求出c(H＋)=10－14/10－4mol·L－1，推出pH=10；②根据表格数据，TiO(OH)2的Ksp最小，先沉淀出来，因此加水稀释，白色沉淀应是TiO(OH)2，即离子反应方程式为：TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+；（3）钛酸煅烧得到TiO2，反应制备TiCl4时所加的氯气和焦炭往往是过量的，因此C应转化成CO，因此制取TiCl4的化学反应方程式为：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO，因为镁是活泼金属，能与氧气发生反应，因此控制的条件是隔绝空气，钛是耐酸碱的金属，而镁能与酸发生反应，因此除去金属镁，可用稀盐酸或稀硫酸。