Question

鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白（TiO₂）是目前最好的白色顏料。制備TiO₂和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵礦儲量居世界首位。含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）制取TiO₂的流程如下：

（1）Ti的原子序數(shù)為22，Ti位于元素周期表中第_____________周期，第____________族。

（2）步驟①加Fe的目的是：__________________________________________；步驟②冷卻的目的是：___________________________________________________________。

（3）上述制備TiO₂的過程中，可以利用的副產(chǎn)物是___________________；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應(yīng)加入________________________處理。

（4）由金紅石（TiO₂）制取單質(zhì)Ti，涉及的步驟為：

TiO₂→TiCl₄Ti

反應(yīng)TiCl₄+2Mg====2MgCl₂+Ti在氬氣中進行的理由是_____________________________________________________________________。

Answer 1

（1）4  ⅥB

(2)將Fe³⁺還原為Fe²⁺  析出（或分離、或得到）FeSO₄·7H₂O

（3）FeSO₄·7H₂O  石灰（或碳酸鈣、廢堿）

（4）防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用

解析：本題是一道典型的無機物框圖制備題。不僅考查對基礎(chǔ)知識的掌握，還主要考查學科知識的綜合應(yīng)用能力。

（1）由原子序數(shù)推斷元素在周期表中的位置，關(guān)鍵是熟悉元素周期表的結(jié)構(gòu)，即各周期起止元素的原子序數(shù)、各族的相對位置等。Ti的原子序數(shù)為22，與熟悉的Ca(原子序數(shù)為20)相近，由Ca在元素周期表中的位置，分析推斷Ti位于第4周期，第ⅥB族。

（2）由框圖所示流程分析可知，要將TiO²⁺與Fe³⁺、Fe²⁺分離，需要先加入鐵粉將Fe³⁺還原為Fe²⁺，趁熱過濾除去殘渣，再將濾液冷卻使FeSO₄·7H₂O析出。

（3）制備TiO₂過程中的副產(chǎn)物FeSO₄·7H₂O在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有較多的應(yīng)用。在分離出H₂TiO₃的廢液中，還含有少量的TiO²⁺、Fe²⁺，可加入石灰（或碳酸鈣、廢堿）降低H⁺的濃度，使之轉(zhuǎn)化為沉淀析出，進行循環(huán)利用。

（4）因為在高溫下，Mg(Ti)與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以用Mg還原TiCl₄時要在惰性氣氛（Ar）中進行。