Question

二氧化鈦廣泛應用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質(zhì)的原料．現(xiàn)在工業(yè)由以下兩種方法制備二氧化鈦：
方法1：可用含有Fe₂O₃、SiO₂的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）制取，其主要工藝流程如下：

90℃
已知有關反應包括：
酸溶：FeTiO₃（s）+2H₂SO₄（aq）→FeSO₄（aq）+TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）
水解：TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）→H₂TiO₃（s）+H₂SO₄（aq）
（1）試劑A為

 

，鈦液Ⅰ需冷卻至70℃左右，若溫度過高會導致產(chǎn)品收率降低，原因是

 

；
（2）取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加H₂O₂后出現(xiàn)紅色，說明H₂TiO₃中存在的雜質(zhì)離子是

 

．這種H₂TiO₃即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO₂會略發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是

 

（填化學式）．
方法2：
Ⅰ．將干燥后的金紅石（主要成分TiO₂，主要雜質(zhì)SiO₂）與碳粉混合裝入氯化爐中，在高溫下通入Cl₂反應制得混有SiCl₄雜質(zhì)的TiCl₄；
Ⅱ．將SiCl₄分離，得到純凈的TiCl₄；
Ⅲ．在TiCl₄中加水、加熱，水解得到沉淀TiO₂?xH₂O，洗滌和干燥；
Ⅳ．TiO₂?xH₂O高溫分解得到TiO₂．
（3）TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O的化學方程式為

 

；
（4）檢驗TiO₂?x H₂O中Cl^-是否被除凈的方法是

 

；
金屬鈦被稱為“21世紀金屬”，工業(yè)制備金屬鈦是在800～900℃及惰性氣體的保護下，在密閉反應器中，將TiCl₄以一定的流速通入通電熔化的鎂即可．主要涉及以下反應：
①TiO₂+2Cl₂+C→TiCl₄+CO₂ ②TiCl₄+2Mg→2MgCl₂+Ti
（5）下列推斷不合理的是

 

A．鈦在高溫下可能易與氧氣反應
B．鎂的熔點比鈦的熔點高
C．鈦的金屬活動性比鎂的金屬活動性強
D．反應②產(chǎn)生的MgCl₂可作為電解法制取鎂的原料
（6）請完成以TiO₂、Cl₂和焦炭為原料制取金屬Ti和Mg的流程圖，并用箭頭標明物料循環(huán)．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：含有Fe₂O₃、SiO₂的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）加硫酸，在90℃溫度下，溶解，過濾，濾液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加鐵粉（試劑A），把三價鐵離子還原為亞鐵離子，降溫到70℃，結(jié)晶過濾，得到硫酸亞鐵晶體，濾液為TiOSO₄（aq），濾液溫度升高到90℃，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固體，洗滌、干燥、煅燒得到TiO₂；
（1）根據(jù)流程分析解答；溫度高會促進TiOSO₄水解；
（2）根據(jù)亞鐵離子的檢驗操作和現(xiàn)象分析；根據(jù)Fe₂O₃的顏色分析；
（3）根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和質(zhì)量守恒定律書寫化學方程式；
（4）檢驗沉淀是否洗凈的方法是，取少量洗滌液，檢驗溶液中溶解的離子是否還存在氯離子；
（5）A．鈦在高溫下可能易與氧氣反應生成二氧化鈦；
B．鎂易熔化熔點較低；
C．活潑性強的金屬能置換活潑性弱的金屬；
D．電解熔融的MgCl₂能制取鎂；
（6）TiO₂、Cl₂和焦炭在高溫條件下生成TiCl₄和CO₂，再用Mg單質(zhì)置換TiCl₄得到Ti和MgCl₂，電解熔融的氯化鎂又能得到Mg和氯氣．

解答： 解：含有Fe₂O₃、SiO₂的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）加硫酸，在90℃溫度下，溶解，過濾，濾液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加鐵粉（試劑A），把三價鐵離子還原為亞鐵離子，降溫到70℃，結(jié)晶過濾，得到硫酸亞鐵晶體，濾液為TiOSO₄（aq），濾液溫度升高到90℃，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固體，洗滌、干燥、煅燒得到TiO₂；
（1）根據(jù)流程分析可知，試劑A為鐵粉；由題中信息可知，TiOSO₄容易水解，升高溫度促進水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經(jīng)過濾進入FeSO₄?7H₂O中導致TiO₂產(chǎn)率降低；
故答案為：鐵粉；由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經(jīng)過濾進入FeSO₄?7H₂O中導致TiO₂產(chǎn)率降低；
（2）取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，說明沒有Fe³⁺，再加H₂O₂后出現(xiàn)紅色，說明有Fe³⁺，則原來含有Fe²⁺，加H₂O₂后Fe²⁺被氧化為Fe³⁺；H₂TiO₃中的二價鐵易被氧化為三價鐵，煅燒時會生成Fe₂O₃，TiO₂含有少量的Fe₂O₃會呈現(xiàn)黃色；
故答案為：Fe²⁺；Fe₂O₃；
（3）設TiCl₄的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO₂?xH₂O的系數(shù)為1，HCl的系數(shù)為4；再根據(jù)O元素守恒，可知H₂O的系數(shù)為（2+x），
方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂?xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂?xH₂O↓+4HCl；
（4）沉淀吸附溶液中的Cl^-，根據(jù)發(fā)生反應：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的少量洗滌液，檢驗溶液中溶解的離子是否還存在，
故答案為：取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說明Cl^-已除凈；
（5）A．工業(yè)制備金屬鈦是在800～900℃及惰性氣體的保護下，說明鈦在高溫下可能易與氧氣反應生成二氧化鈦，故A正確；
B．鎂易熔化熔點較低，鎂的熔點比鈦的熔點低，故B錯誤；
C．活潑性強的金屬能置換活潑性弱的金屬，Mg能置換Ti，說明Mg比Ti活潑，故C錯誤；
D．電解熔融的MgCl₂能制取鎂，所以反應②產(chǎn)生的MgCl₂可作為電解法制取鎂的原料，故D正確；
故答案為：B、C；
（6）TiO₂、Cl₂和焦炭在高溫條件下生成TiCl₄和CO₂，再用Mg單質(zhì)置換TiCl₄得到Ti和MgCl₂，電解熔融的氯化鎂又能得到Mg和氯氣，則以TiO₂、Cl₂和焦炭為原料制取金屬Ti和Mg的流程圖為：，故答案為：．

點評：本題考查學生對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、離子檢驗、水解原理的應用及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關鍵，需要學生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運用基礎知識分析問題、解決問題能力．