Question

【題目】鈦白粉(TiO2)作為白色顏料和增白劑，廣泛用于油漆、造紙等工業生產中。一種以鈦鐵礦(含FeTiO3及少量的CaO、Fe2O3、SiO2)為原料生產鈦白粉的工藝流程如圖：

回答下列問題：

(1)“酸浸”是用硫酸在溫度為150~200℃下溶煮鈦鐵礦，“濾液1”中的主要成分中含有TiOSO4，則“酸浸”中主要發生的反應方程式為___。

(2)“濾渣1”的主要成分有___。

(3)“還原"中加入過量鐵屑的目的是___。

(4)硫酸亞鐵晶體的溶解度如下表所示，其中綠礬(FeSO4·7H2O)容易被氧化，則“分離”得到綠礬的操作為___。

(5)“水解”需要加熱至90℃的目的是___。

(6)“濾液2”可返回到___工序循環利用。

(7)工業上將鈦白粉與焦炭、氯氣共熱生成TiCl4和一種可燃氣體，反應的化學方程式為___，最后在氬氣氛圍和加熱的條件下用金屬鎂還原TiCl4制取性能優越的金屬鈦。

Answer 1

【答案】FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O SiO2、CaSO4 將溶液中的Fe3+還原為Fe2+，防止Fe2+被氧化 真空加熱濃縮，低于50℃降溫結晶，過濾(洗滌) 升高溫度，促進TiOSO4的水解 酸浸 TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO

【解析】

根據流程和題意有：FeTiO3及少量的CaO、Fe2O3、SiO2，加入硫酸后生成TiOSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3和微溶的CaSO4，SiO2不反應；濾液1中加入鐵粉將三價鐵轉化為二價鐵，再將綠礬FeSO47H2O分離出來，TiOSO4經過水解后得到H2TiO3和硫酸，最后煅燒得到鈦白粉(TiO2)。

(1)鈦鐵礦FeTiO3中鐵為+2價，則FeTiO3與硫酸反應生成TiOSO4和FeSO4，結合反應條件和質量守恒定律，則“酸浸”中主要發生的反應方程式為FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O；

(2)根據分析，與硫酸反應后生成的CaSO4微溶，SiO2與硫酸不反應，則 “濾渣1”的主要成分有SiO2、CaSO4；

(3)濾液1中有Fe2(SO4)3，后面要得到綠礬FeSO47H2O，加入鐵屑能將溶液中的Fe3+還原為Fe2+，同時Fe2+易被氧化，加入鐵屑能防止Fe2+被氧化，所以加入過量鐵屑的目的是將溶液中的Fe3+還原為Fe2+，防止Fe2+被氧化；

(4)根據溶解度表，高于50℃時得不到FeSO4·7H2O，所以降溫結晶溫度不能高于50℃，二價鐵不穩定，具有還原性，易被空氣中的氧氣氧化為三價鐵，所以得到綠礬的操作為真空加熱濃縮，低于50℃降溫結晶，過濾(洗滌)；

(5)水解時吸熱，升高溫度，能促進水解，所以需要加熱至90℃的目的是升高溫度，促進TiOSO4的水解；

(6)TiOSO4水解時生成H2TiO3和硫酸，故“濾液2”中含有硫酸，可返回到酸浸工序循環利用。

(7)鈦白粉與焦炭、氯氣共熱生成TiCl4和一種可燃氣體是CO，反應物有TiO2、Cl2、C，生成物有TiCl4、CO，配平后得到反應的化學方程式為TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO。