Question

钛是一种性能非常优越的金属，以钛铁矿（主要成分是FeTiO₃，还含有少量Fe₂O₃）为原料制备钛的流程如下：

（1）FeTiO₃中Ti的化合价为_______________________.

（2）步骤①中加Fe的目的是_____________________（用离子方程式表示）.

（3）步骤②冷却的目的是______________________________________________.

（4）水浸过程发生的反应为TiO^2＋＋2H₂O=H₂TiO₃↓＋2H^＋，从成本或废物的再利用因素考虑，水浸后废液中应加入____________________处理.

（5）写出步骤⑤的化学方程式：____________________________，该反应在Ar气氛中进行的目的是________________________________.

Answer

+4 2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋ 便于析出FeSO4·7H2O晶体 生石灰（或碳酸钙、废碱，合理即可） 防止高温下镁（或钛）与空气中的O2、N2反应

【解析】

钛铁矿的主要成分为FeTiO3，还含有少量Fe2O3，在80℃条件下钛铁矿和浓硫酸混合，发生的反应有FeTiO3+2H2SO4═FeSO4+TiOSO4+2H2O、Fe2O3+3H2SO4═Fe2(SO4)3+3H2O，得到固体熔块，然后用水浸取，浸取液中含有Fe3＋，Fe3＋能和Fe反应生成Fe2＋，然后过滤，滤液冷却，得到硫酸亚铁晶体，TiOSO4能发生水解反应生成H2TiO3和H2SO4，最后高温煅烧H2TiO3得到TiO2，生产TiCl4，TiCl4在800℃和Ar气保护下用Mg还原得到Ti，据此分析解题。

(1)铁为+2价，氧为-2价，由化合价代数和为0得：FeTiO3中Ti的化合价为+4，故答案为：+4；

(2)加铁粉的目的是将溶液里的Fe3＋还原为Fe2＋，步骤①中加Fe的目的是2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋（用离子方程式表示），故答案为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

(3)根据FeSO4溶解度，从滤液中获得副产品绿矾（FeSO4·7H2O）的具体操作为加热浓缩成饱和溶液，冷却结晶、过滤，少量冰水洗涤、低温干燥，步骤②冷却的目的是便于析出FeSO4·7H2O晶体，故答案为：便于析出FeSO4·7H2O晶体；

(4)水浸过程发生的反应为TiO2＋＋2H2O=H2TiO3↓＋2H＋，从成本或废物的再利用因素考虑，水浸后废液中应加入生石灰（或碳酸钙、废碱，合理即可）处理，以促进盐的水解，故答案为：生石灰（或碳酸钙、废碱，合理即可）；

(5)TiCl4在800℃和Ar气保护下用Mg还原得到Ti，步骤⑤的化学方程式：，该反应在Ar气氛中进行的目的是防止高温下镁（或钛）与空气中的O2、N2反应，故答案为：；防止高温下镁（或钛）与空气中的O2、N2反应。