Question

5．鈦是一種重要的金屬，以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO）₃，還含有少量Fe₂O₃]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示：

（1）鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（2）物質(zhì)A為Fe（填化學(xué)式），步驟Ⅰ中的“一系列操作”為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．
（3）步驟Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；為提高TiO₂•xH₂O的產(chǎn)率，可采取的措施有加水稀釋反應(yīng)物、加堿中和生成的酸、加熱等（寫出兩條）
（4）由TiO₂獲得Ti可用以下兩種方法．
①電解法：以石墨為陽極，TiO₂為陰極，熔融CaO為電解質(zhì)，其陰極的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-．
②熱還原法：首先將TiO₂、氯氣和過量焦炭混合，高溫反應(yīng)生成TiCl₄；然后用Mg還原TiCl₄即可制取Ti．生成TiCl₄的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1；生成Ti的反應(yīng)需在Ar氣氛中，其原因?yàn)榉乐垢邷叵翸g（或Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)．

Answer 1

分析 根據(jù)題中流程可知，鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，再加鐵粉還原Fe³⁺，過濾除去濾渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺經(jīng)過水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅燒得TiO₂，將TiO₂還原可得Ti，據(jù)此答題．

解答 解：根據(jù)題中流程可知，鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，再加鐵粉還原Fe³⁺，過濾除去濾渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到FeSO₄•7H₂O晶體和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺經(jīng)過水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅燒得TiO₂，將TiO₂還原可得Ti，
（1）鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O； 
（2）根據(jù)上面的分析可知，物質(zhì)A為 Fe，步驟Ⅰ是從含有硫酸亞鐵的溶液中獲得硫酸亞鐵晶體，所以步驟Ⅰ中的“一系列操作”為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，
故答案為：Fe；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；
（3）步驟Ⅱ中TiO²⁺經(jīng)過水解得TiO₂•xH₂O，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺，為提高TiO₂•xH₂O的產(chǎn)率，可采取的措施有加水稀釋反應(yīng)物、加堿中和生成的酸、加熱等，
故答案為：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；加水稀釋反應(yīng)物、加堿中和生成的酸、加熱等；
（4）①電解TiO₂獲得Ti，用TiO₂為陰極，其陰極的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-，
故答案為：TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-；
②將TiO₂、氯氣和過量焦炭混合，高溫反應(yīng)生成TiCl₄，反應(yīng)的方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，根據(jù)方程式可知，反應(yīng)中氯氣為氧化劑，碳為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，由于鈦和鎂在與空氣在高溫反應(yīng)所以反應(yīng)需在Ar氣氛中，
故答案為：1：1；防止高溫下Mg（或Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作，離子方程式的書寫，數(shù)據(jù)計算等，題目涉及的知識點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，考查學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．