Question

16．鈦被稱為“二十一世紀金屬”，工業上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）鐵在元素周期表中的位置為第四周期第ⅤⅢ族；
（2）寫出TiO²水解的離子方程式：TiO₂++2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺；
加入過量鐵粉的作用是：①防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺；②促使TiO₂²⁺的水解平衡正向移動；
（3）操作I的使用步驟為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）室溫下，TiCl₄為無色液體，可利用TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，再經焙燒制得TiO₂．TiCl₄水解時需加入大量的水并加熱，請寫出化學方程式和用文字說明原因：TiCl₄+（2+x）H₂O（過量）?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，加入大量的水并加熱，能促進水解趨于完全；
（5）工業上利用石墨做陽極，鐵做陰極，熔融NaCl做電解質，電解TiCl₄制取金屬鈦．請寫出陽極的電極反應式2Cl^--2e^-=Cl₂↑．在電解過程中，電解池中有Ti²⁺、Ti³⁺的化合物，請寫出電解池中生成Ti²⁺、Ti的化學方程式：TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$TiCl₂+Cl₂↑，TiCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Ti+Cl₂↑．

Answer 1

分析 分析流程圖和相關信息可知鈦鐵礦處理得到TiCl₄，TiCl₄在熔融NaCl作電解質的條件下電解生成Ti，鈦鐵礦經酸浸得到副產品FeSO₄和TiOSO₄，加入過量鐵粉和水，利用TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀過濾將TiO²⁺除去，濾液為硫酸亞鐵溶液，向濾液中加入硫酸銨，經蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾洗滌得到硫酸亞銨晶體；
（1）鐵元素在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤⅢ族；
（2）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃和H⁺，加入過量鐵粉的作用是①防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺，②消耗溶液中H+，促使TiO₂²⁺的水解平衡正向進行；
（3）從溶液中獲得晶體的操作為蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾，故操作Ⅰ的實驗步驟為蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）根據題給信息知TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O沉淀和鹽酸，加入大量的水并加熱，能促進水解接近完全；
（5）TiCl₄在熔融NaCl作電解質的條件下電解生成金屬Ti，陽極為陰離子放電，發生氧化反應，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解過程中有Ti³⁺、Ti²⁺的化合物生成，化學方程式為2TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2TiCl₃+Cl₂↑，TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$TiCl₂+Cl₂↑．

解答 解：分析流程圖和相關信息可知鈦鐵礦處理得到TiCl₄，TiCl₄在熔融NaCl作電解質的條件下電解生成Ti，鈦鐵礦經酸浸得到副產品FeSO₄和TiOSO₄，加入過量鐵粉和水，利用TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀過濾將TiO²⁺除去，濾液為硫酸亞鐵溶液，向濾液中加入硫酸銨，經蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾洗滌得到硫酸亞銨晶體；
（1）鐵元素在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤⅢ族，
故答案為：第四周期第ⅤⅢ族；
（2）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃和H⁺，離子方程式為：TiO₂++2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，加入過量鐵粉的作用是①防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺，②消耗溶液中H+，促使TiO₂²⁺的水解平衡正向進行，
故答案為：TiO₂+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺，消耗溶液中H+，促使TiO₂²⁺的水解平衡正向移動；
（3）從溶液中獲得晶體的操作為蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾，故操作Ⅰ的實驗步驟為蒸發濃縮、冷卻結晶，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）根據題給信息知TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O沉淀和鹽酸，反應方程式為：TiCl₄+（2-x）H₂O（過量）?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，加入大量的水并加熱，能促進水解接近完全，
故答案為：TiCl₄+（2+x）H₂O（過量）?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，加入大量的水并加熱，能促進水解趨于完全；
（5）TiCl₄在熔融NaCl作電解質的條件下電解生成金屬Ti，陽極為陰離子放電，發生氧化反應，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解過程中有Ti³⁺、Ti²⁺的化合物生成，化學方程式為2TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2TiCl₃+Cl₂↑，TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$TiCl₂+Cl₂↑，TiCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Ti+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，TiCl₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$TiCl₂+Cl₂↑，TiCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Ti+Cl₂↑．

點評 本題以鈦鐵礦的綜合應用為載體考查了鐵元素在周期表的位置，物質的分離、提純，化學實驗基本操作，化學方程式、離子方程式的書寫和電解原理的應用，題目難度中等．