Question

【題目】我國(guó)研制的第二代“彩虹魚(yú)”萬(wàn)米級(jí)深海著陸器所用金屬材料主要是鈦合金。以鈦鐵礦(成分：FeTiO3及少量Fe2O3、FeO等雜質(zhì))為主要原料制鈦的流程如下：

已知：① 鈦在常溫下不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)；② Ti4+易水解生成TiO2+, TiO2+進(jìn)一步水解可得H2TiO3。

(1) “廢氣”中含有少量空氣污染物，其分子式為________。

(2) “150-200℃溶煮”時(shí)生成Ti(SO4)2和TiOSO4且有氣體產(chǎn)生，寫(xiě)出生成TiOSO4反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________________________。

(3) 沉淀池中加入Fe時(shí)，開(kāi)始無(wú)氣泡，溶液由棕黃色變淺綠色，片刻后有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生。寫(xiě)出Fe參與的離子反應(yīng)方程式____________________________。

(4) “加熱煮沸”操作的主要目的是_____________。

(5) “精煉” 階段，從Ti、Mg混合物獲得Ti時(shí)可以使用的試劑是_______________。

Answer 1

【答案】SO2 2FeTiO3 + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2↑+ 2TiOSO4 + 6H2O Fe + 2Fe3+＝ 3Fe2+、Fe + 2H+ ＝ Fe2+ +H2↑ 使反應(yīng)液升溫并充分混合；促進(jìn)Ti4+、TiO2+水解生成H2TiO3 稀鹽酸（或稀硫酸）

【解析】

鈦鐵礦（成分：FeTiO3及少量Fe2O3、FeO等雜質(zhì)）加入濃硫酸150-200℃煮沸發(fā)生反應(yīng)：FeTiO3+6H2SO4 Fe2（SO4）3+SO2↑+2TiOSO4+6H2O，Fe2O3、FeO溶解生成Fe2（SO4）3，得到含有Fe2(SO4)3、TiOSO4的酸性溶液，加入Fe，發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe3＋=3Fe2＋、Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑，再將溶液蒸發(fā)濃縮，冰水浴中冷卻，過(guò)濾得到FeSO4·7H2O，將濾液調(diào)節(jié)pH，加熱煮沸，使溶液中的TiO2＋、Ti4＋水解得到H2TiO3，煅燒H2TiO3得到TiO2，加入C和氯氣得到TiCl4，加入鎂還原得到Ti，其中混有鎂，將其投入足量的稀鹽酸中反應(yīng)，過(guò)濾、洗滌、干燥得到純凈的Ti。

(1) 鈦鐵礦（成分：FeTiO3及少量Fe2O3、FeO等雜質(zhì)）加入濃硫酸得到廢氣，“廢氣”中含有少量空氣污染物，根據(jù)元素可知為SO2。

(2) “150-200℃溶煮”時(shí)生成Ti(SO4)2和TiOSO4且有SO2產(chǎn)生，生成TiOSO4反應(yīng)的化學(xué)方程式2FeTiO3 + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2↑+ 2TiOSO4 + 6H2O。

(3) 溶煮后的溶液為含有Fe2(SO4)3、TiOSO4的酸性溶液，沉淀池中加入Fe時(shí)，開(kāi)始無(wú)氣泡，發(fā)生反應(yīng)：Fe+2Fe3＋=3Fe2＋，故溶液由棕黃色變淺綠色，片刻后有無(wú)色無(wú)味氣體氫氣產(chǎn)生，Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑；

(4) 根據(jù)流程，加熱煮沸得到H2TiO3，故加熱煮沸的目的是使反應(yīng)液升溫并充分混合，促使溶液中的TiO2＋、Ti4＋水解得到H2TiO3；。

(5) “精煉”階段，Ti、Mg混合物中，Mg常溫下溶于鹽酸，已知：鈦在常溫下不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)，故從Ti、Mg混合物獲得Ti的實(shí)驗(yàn)方案是：將混合物投入足量的稀鹽酸中充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥。故：“精煉” 階段，從Ti、Mg混合物獲得Ti時(shí)可以使用的試劑是稀鹽酸（或稀硫酸）。