Question

15．金屬鈦的密度小，強(qiáng)度大，外觀像鋼，性質(zhì)像鋁，被譽為太空金屬和未來鋼鐵．以鈦．鐵礦（主要成分為FeTiO₃，同時含有少量的Fe₂O₃、FeO等）為原料制TiO₂，再由TiO₂制金屬Ti的工藝流程如下：

（1）在溶液中加入鐵屑發(fā)生的主要離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）晶體A為FeSO₄•7H₂O，濁液需要冷卻的原因為降低溫度可減小的溶解度，便于結(jié)晶析出，方便分離出TiOSO₄溶液．
（3）TiOSO₄水解方程式為：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃↓+H₂SO₄，根據(jù)平衡移動原理，可采用加水、加堿等措施，以利于該反應(yīng)順利進(jìn)行．
（4）TiO₂可與焦炭、氯氣在1000～1100K溫度下反應(yīng)，該反應(yīng)氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量相等，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（5）工業(yè)上常用金屬鎂在1070K的高溫和氬氣氛圍中還原TiC1₄的方法制備Ti，需要在氬氣氛圍中．進(jìn)行的理由為防止鈦、鎂在高溫下與空氣中的氧氣、二氧化碳等反應(yīng)．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，熱過濾后得濁液中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)冷卻再過濾，得晶體A為FeSO₄•7H₂O，濾液為TiOSO₄溶液，溶液發(fā)生水解生成H₂TiO₃，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，以此解答該題．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，熱過濾后得濁液中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)冷卻再過濾，得晶體A為FeSO₄•7H₂O，濾液為TiOSO₄溶液，溶液發(fā)生水解生成H₂TiO₃，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，
（1）加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，發(fā)生的主要離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）根據(jù)上面的分析可知，晶體A為FeSO₄•7H₂O，濁液需要冷卻的原因為降低溫度可減小的溶解度，便于結(jié)晶析出，方便分離出TiOSO₄溶液，
故答案為：FeSO₄•7H₂O；降低溫度可減小的溶解度，便于結(jié)晶析出，方便分離出TiOSO₄溶液；
（3）TiOSO₄水解方程式為：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃↓+H₂SO₄，根據(jù)平衡移動原理，可采用加水、加堿等措施，促使平衡正向移動，以利于該反應(yīng)順利進(jìn)行，
故答案為：加水；加堿；
（4）TiO₂可與焦炭、氯氣在1000～1100K溫度下反應(yīng)，該反應(yīng)中氧化劑為氯氣，還原劑為碳，若它們的物質(zhì)的量相等，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（5）由于鈦、鎂在高溫下與空氣中的氧氣、二氧化碳等反應(yīng)，所以工業(yè)上常用金屬鎂還原TiC1₄的方法制備Ti，需要在氬氣氛圍中，防止鈦、鎂在高溫下與空氣中的氧氣、二氧化碳等反應(yīng)，
故答案為：防止鈦、鎂在高溫下與空氣中的氧氣、二氧化碳等反應(yīng)．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗方案的設(shè)計，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質(zhì)的性質(zhì)．