Question

金属钛被称为“21世纪金属”。工业上由钛铁矿(主要成分FeTiO₃)制备TiCl₄的主要工艺流程如下:

回答下列问题:

（1）已知酸浸反应FeTiO₃(s)+2H₂SO₄(aq)=FeSO₄(aq)+TiOSO₄(aq)+2H₂O，则FeTiO₃中铁元素的化合价为_____。加热TiOSO₄溶液可制备TiO₂·nH₂O 胶体，其反应的化学方程式为__________。为提高钛铁矿的酸浸出率，可采取的办法除粉碎矿石外，还可以采取的办法有__________、_______(写出两种方法)。

（2）加入A的目的是____ (填字母)。

A.防止Fe²⁺被氧化          B.与Fe³⁺反应        C.防Fe²⁺水解

溶液II经操作II可得副产品FeSO₄·7H₂O，则操作II包括浓缩、冷却、_____、_____。

（3）常温下，若溶液II中Fe²⁺的浓度为0.49mol/L，为防止生成Fe(OH)₂沉淀，溶液的pH不超过_____。(已知Ksp[Fe(OH)₂]=4.9×10^-17)

（4）钛酸煅烧得中间产物的化学方程式为H₂TiO₃(s) TiO₂(s)+H₂O(g),上述工艺流程中，氯气与焦炭均足量时生成TiCl₄的化学方程式为__________________________。

（5）可利用TiO₂通过下述两种方法制备金属钛:

方法一:  通过以下反应制备金属钛

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

②TiCl₄+2Mg2MgCl₂+Ti

方法二: 将TiO₂作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，碳块作电解槽池，电解TiO₂制得钛，阳极上一定生成的气体是___________，可能生成的气体是______________。

从绿色化学角度，你认为上述两种方法中那种更好，并说明理由___________________________

Answer

+2 TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(胶体)+H2SO4 升高温度(或加热) 适当提高酸浓度（适当没有也给分）或搅拌 A 结晶 过滤 6 TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO O2或氧气 CO2(或CO或CO2、CO) 方法二好，从绿色化学角度 方法一会有有毒气体氯气参与（答案合理都给分）

【解析】（1）FeTiO3中钛的化合价为+4价，氧的化合价为-2价，故铁元素的化合价为+2价；加热TiOSO4溶液水解溶液呈酸性，可制备TiO2·nH2O胶体，反应的化学方程式为TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(胶体)+H2SO4；为提高钛铁矿的酸浸出率，可采取的办法除粉碎矿石外，还可以采取的办法有升高温度(或加热)、适当提高酸浓度、或搅拌；（2）加入A为铁粉，其目的是防止Fe2+被氧化，答案选A；溶液II经操作II可得副产品FeSO4·7H2O，则操作II包括浓缩、冷却、结晶、过滤；（3）常温下，若溶液II中Fe2+的浓度为0.49mol/L，Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)c2(OH-)=0.49mol/L×c2(OH-) =4.9×10-17，c(OH-)=，pH=6，故为防止生成Fe(OH)2沉淀，溶液的pH不超过6；（4）煅烧后产生的TiO2和氯气与焦炭均足量时生成TiCl4和CO，反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；（5）电解TiO2制得钛，阳极上氧离子失电子产生氧气；石墨电极可能会与氧气反应生成一氧化碳或二氧化碳；方法二好，从绿色化学角度 方法一会有有毒气体氯气参与。