Question

鈦（Ti）被你為繼鐵、鋁之后的第三金屬，我國的鈦鐵礦儲(chǔ)量居世界首位．工業(yè)上由鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，雜質(zhì)成分為FeO、Fe₂O₃、SiO₂等）制備Ti的有關(guān)反應(yīng)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(chǎn)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(fā)生反應(yīng)．
（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(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性，該過程中有如下反應(yīng)發(fā)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)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(xiàn)象，再加H₂O₂后出現(xiàn)微紅色．這種H₂TiO₃即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO₂也會(huì)發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是

 

（填化學(xué)式）．
（4）制備納米TiO₂的方法之一是TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O經(jīng)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(xué)方程式為

 

；檢驗(yàn)TiO₂?xH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是

 

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

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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，F(xiàn)e³⁺氧化為Ti³⁺；
（2）由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會(huì)有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃；
（3）根據(jù)Fe²⁺的檢驗(yàn)方法結(jié)合經(jīng)加熱后Fe²⁺氧化為Fe₂O₃；
（4）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)方程式；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固體具有較強(qiáng)的吸附能力，會(huì)吸附溶液中的Cl^-離子，可通過檢驗(yàn)Cl^-離子的方法檢驗(yàn)沉淀是否被洗凈；
（5）Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護(hù)氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)．

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，F(xiàn)e³⁺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(huì)有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經(jīng)過濾進(jìn)入FeSO₄?7H₂O中導(dǎo)致TiO₂產(chǎn)率降低，
故答案為：由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，則會(huì)有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經(jīng)過濾進(jìn)入FeSO₄?7H₂O中導(dǎo)致TiO₂產(chǎn)率降低；
（3）先加KSCN溶液無現(xiàn)象，加H₂O₂后出現(xiàn)紅色，說明存在Fe²⁺，經(jīng)加熱后Fe²⁺氧化為Fe₂O₃而使產(chǎn)品發(fā)黃，故答案為：Fe₂O₃；
（4）設(shè)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）；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固體具有較強(qiáng)的吸附能力，會(huì)吸附溶液中的Cl^-離子，可通過檢驗(yàn)Cl^-離子的方法檢驗(yàn)沉淀是否被洗凈，檢驗(yàn)沉淀是否洗凈的方法是，取少量洗滌液，檢驗(yàn)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(chǎn)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(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護(hù)氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)，
故答案為：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點(diǎn)評(píng)：本題以工業(yè)生產(chǎn)流程為背景材料的信息題，考查了化學(xué)基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，題型比較新穎，屬中等難度．流程類試題往往通過對(duì)某種重要化工產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)流程簡圖分析，考查應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理、化學(xué)平衡原理、水解理論、物質(zhì)制備和分離的知識(shí)、綠色化學(xué)以及以經(jīng)濟(jì)的視角分析實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)流程圖；了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設(shè)問中的提示性信息，并在下一步分析和解題中隨時(shí)進(jìn)行聯(lián)系和調(diào)用；解析流程圖并思考從原料到產(chǎn)品依次進(jìn)行了什么反應(yīng)？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(jìn)行到什么程度最佳？每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物？雜質(zhì)或副產(chǎn)物是怎樣除去的？