Question

5．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦的還原性介于鋁和鋅之間，但在常溫下，鈦金屬具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，是制造飛機、火箭和宇宙飛船的最好材料．一種以鈦鐵礦（含 85%的FeTiO3，雜質(zhì)不參與反應(yīng)）為原料制備Ti的工藝如下：鈦鐵礦$→_{過濾}^{H_{2}SO_{4}}$硫酸氧鈦溶液$→_{過濾}^{H_{2}O/△}$H₂TiO₃$\stackrel{焙燒}{→}$TiO₄$→_{高溫}^{C，Cl_{2}}$$→_{高溫}^{Mg/Ar}$Ti
已知：硫酸法制鈦的第一步操作進使磨細的鈦鐵礦與濃硫酸（濃度在80%以上）在343-353℃溫度、不斷攪拌的條件下反應(yīng)，主要反應(yīng)是非機化還原反應(yīng)，產(chǎn)物是TiOSO₄和 FeSO₄•TiOSO₄ 遇水水解．
（1）FeTiO₃中Ti的化合價為，硫酸與 FeTiO₃反應(yīng)的化學方程式為2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O．
（2）第二步要加大量的水加熱制備H₂TiO₃，請用平衡移動原理解釋原因TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加熱，加水促進平衡正向移動．
（3）TiCl₄極易水解，將它暴露在空氣中會產(chǎn)生煙霧，故可以制作煙舞彈，用化學方程式解釋原因TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl．
（4）如果從Na、Zn、Fe中選一種金屬代替Mg，填金屬跟TiCl₄反應(yīng)的化學方程式是TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高溫\;}}{Ar}$Ti+4NaCl
（5）為測定溶液中，TiOSO₄的含量，首先取待測液10mL，加過量奶粉，充分震蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO²⁺+Al+6H⁺═3Ti₃+Al³⁺+3H₂O，過濾洗洗滌后將所得溶液定容為酸式滴定管100mL，取出濾液20.00mL，向其中滴加2-3滴KSCN溶液做指示劑，用（一種玻璃儀器）滴加 0.100 0mol/L． FeCl₃溶液，發(fā)生Ti³⁺+Fe³⁺=Ti⁴⁺ Fe²⁺．當溶液出現(xiàn)紅色時達到滴定終點，此時用去了30.00 mL FeCl₃溶液，待測液中TiOSO₄的物質(zhì)的量濃度是1.50 mol•L^-1．

Answer 1

分析 以鈦鐵礦（含 85%的FeTiO3，雜質(zhì)不參與反應(yīng)）為原料制備Ti的工藝：用濃硫酸處理鈦鐵礦，產(chǎn)物是TiOSO₄和 FeSO₄，該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，則發(fā)生的反應(yīng)為：2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O，然后加水，TiOSO₄ 遇水水解，過濾得到H₂TiO₃，H₂TiO₃加熱灼燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬，據(jù)此分析作答．

解答 解（1）鈦酸亞鐵FeTiO₃中鐵元素+2價，氧元素-2價，化合物中化合價代數(shù)和為0，則鈦元素+4價，由題可知，硫酸與 FeTiO₃反應(yīng)產(chǎn)物是TiOSO₄和 FeSO₄，該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，則化學方程式為2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
故答案為：2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
（2）TiOSO₄ 遇水水解，TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加熱，加水稀釋，均可促進平衡正向移動生成H₂TiO₃，
故答案為：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加熱，加水促進平衡正向移動；
（3）TiCl₄極易水解，將它暴露在空氣中會產(chǎn)生煙霧，生成二氧化鈦和氯化氫氣體，發(fā)生的反應(yīng)為：TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl；
故答案為：TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl；
（4）活潑金屬鈉可以將金屬鈦置換出來：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高溫\;}}{Ar}$Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活潑性差；
故答案為：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高溫\;}}{Ar}$Ti+4NaCl；
（5）準確滴加氯化鐵溶液可使用滴定管，氯化鐵有較強的氧化性，應(yīng)用酸式滴定管；
設(shè)濾液Ti³⁺的物質(zhì)的量為X．
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺
1            1
X    0.1000mol•L^-1×0.03L
解得X=0.1000mol•L^-1×0.03L=0.003mol
則待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量=0.003mol×5=0.015mol
根據(jù)C=$\frac{0.015mol}{0.01L}$=1.50 mol•L^-1；
故答案為：酸式滴定管；1.50 mol•L^-1．

點評 本題以框圖推斷的形式結(jié)合化學實驗和元素化合物的相關(guān)知識考查學生的閱讀、分析、提取信息解決問題的能力，主要是化學工藝流程，題目難度較大，做題時注意從物質(zhì)的性質(zhì)角度結(jié)合題中信息解答．