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

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图1．

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___．
（4）在800～1 000℃时电解TiO₂也可制得海绵钛，装置如图2所示．图中b是电源的___极，阴极的电极反应式为___．

Answer 1

钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe³⁺，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO₄和FeSO₄，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO₄，则副产品甲为绿矾FeSO₄•7H₂O，先将溶液II中加入水并加热，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，然后过滤回收硫酸，同时得到H₂TiO₃，煅烧H₂TiO₃，H₂TiO₃分解生成TiO₂和水，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl₄，则乙是TiO₂，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti；
（1）根据原子守恒可知钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，反应中无气体生成，依据氧化还原反应分析，应生成硫酸亚铁和水，反应的化学方程式为：FeTiO₃+H₂SO₄（浓）=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案为：FeTiO₃；FeTiO₃+H₂SO₄（浓）=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O；
（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，故答案为：防止Fe²⁺氧化；
①K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=1.8×10^-11，故c（OH^-）=√((1.8×10-11)/(0.0018))=10^-4，故c（H⁺）=(10-14)/(10-4)=10^-10mol/L，故此时pH=10，故答案为：10；
②已知TiO²⁺发生水解生成钛酸（H₂TiO₃）沉淀和氢离子，其离子方程式为：TiO²⁺+2H₂O═H₂TiO₃↓+2H⁺，故答案为：TiO²⁺+2H₂O═TiO（OH）₂↓（或H₂TiO₃）+2H⁺ ）；
（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TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO，防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，可用稀盐酸溶解镁除去钛中混有的镁，
故答案为：TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO；隔绝空气；稀盐酸；
（4）电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为：2O^2-→O₂↑+4e^-，电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO₂+4e^-→Ti+2O^2-；电解池中，电解质里的阴离子O^2-、Cl^-均移向阳极，
故答案为：正；TiO₂+4e^-→Ti+2O^2-．