Question

鈦（Ti）被你為繼鐵、鋁之后的第三金屬，我國的鈦鐵礦儲量居世界首位．工業上由鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，雜質成分為FeO、Fe₂O₃、SiO₂等）制備Ti的有關反應包括：
酸溶FeTiO₃（s）+2H₂SO₄（aq）═FeSO₄（aq）+TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）
水解TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）

90℃  .

H₂TiO₃（s）+H₂SO₄（aq）
汽化TiO₂（s）+2CCl₄（g）

△   .

TiCl₄（g）+CO₂（g）
還原TiCl₄（g）+2Mg（g）

△   .

Ti（s）+2MgCl₂（g）
簡要工藝流程示意圖如下：

注意：CCl₄有毒，TiCl₄遇潮濕空氣產生白霧，Ti是活潑金屬，在高溫條件下，能與空氣中的O₂、N₂、CO₂等發生反應．
（1）鈦液I中主要含TiO²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺等離子，往鈦液I中加入試劑A為鐵粉至浸出液顯紫色，此時溶液仍呈強酸性，該過程中有如下反應發生：2TiO²⁺（無色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O；Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（無色）+Fe³⁺+2H⁺．則鐵粉的作用是

 

．
（2）鈦液I需冷卻至70℃左右，若溫度過高會導致產品產率降低，原因是

 

．
（3）取少酸洗后的H₂TiO₃，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現象，再加H₂O₂后出現微紅色．這種H₂TiO₃即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO₂也會發黃，發黃的雜質是

 

（填化學式）．
（4）制備納米TiO₂的方法之一是TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O經過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂．TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O的化學方程式為

 

；檢驗TiO₂?xH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是

 

．
（5）反應TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti在Ar氣氛中進行的理由是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化為Ti³⁺；
（2）由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃；
（3）根據Fe²⁺的檢驗方法結合經加熱后Fe²⁺氧化為Fe₂O₃；
（4）根據反應物和生成物結合質量守恒定律來書寫化學方程式；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固體具有較強的吸附能力，會吸附溶液中的Cl^-離子，可通過檢驗Cl^-離子的方法檢驗沉淀是否被洗凈；
（5）Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應．

解答： 解：（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，說明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化為Ti³⁺，加入鐵屑作還原劑，將Fe³⁺還原為Fe²⁺，防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺，故答案為：防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺；
（2）由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經過濾進入FeSO₄?7H₂O中導致TiO₂產率降低，
故答案為：由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經過濾進入FeSO₄?7H₂O中導致TiO₂產率降低；
（3）先加KSCN溶液無現象，加H₂O₂后出現紅色，說明存在Fe²⁺，經加熱后Fe²⁺氧化為Fe₂O₃而使產品發黃，故答案為：Fe₂O₃；
（4）設TiCl₄的系數為1，根據元素守恒，TiO₂?xH₂O的系數為1，HCl的系數為4；再根據O元素守恒，可知H₂O的系數為（2+x）；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固體具有較強的吸附能力，會吸附溶液中的Cl^-離子，可通過檢驗Cl^-離子的方法檢驗沉淀是否被洗凈，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，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂?xH₂O+4HCl；取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈；
（5）Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應，
故答案為：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評：本題以工業生產流程為背景材料的信息題，考查了化學基本理論和基礎知識，題型比較新穎，屬中等難度．流程類試題往往通過對某種重要化工產品的工業生產流程簡圖分析，考查應用化學反應原理、化學平衡原理、水解理論、物質制備和分離的知識、綠色化學以及以經濟的視角分析實際生產中的各種問題的能力．分析流程題需要掌握的技巧是：瀏覽全題，確定該流程的目的，看懂生產流程圖；了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續設問中的提示性信息，并在下一步分析和解題中隨時進行聯系和調用；解析流程圖并思考從原料到產品依次進行了什么反應？利用了什么原理（氧化還原？溶解度？溶液中的平衡？）．每一步操作進行到什么程度最佳？每一步除目標物質外還產生了什么雜質或副產物？雜質或副產物是怎樣除去的？