Question

1．金屬鈦及鈦的合金被認為是21世紀重要的金屬材料．常溫下鈦不和非金屬酸反應．以鈦鐵礦【主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質】為主要原料冶煉金屬鈦的主要工藝過程如下：

 回答下列問題：
（1）綠礬的化式是FeSO₄•7H₂O．
（2）FeTiO₃與過量硫酸反應的離子方程式為FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O．
（3）取少量酸洗后的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，說明H₂TiO₃中存在的雜質離子是Fe²⁺．這種H₂TiO₃即使用水充分洗滌，緞燒后獲得的TiO₂也會發(fā)黃，發(fā)黃的雜質是Fe₂O₃（填化式）．
（4）以TiO₂為原料制取金屬鈦的其中一步反應為TiO₂、氯氣和焦炭反應生成TiCl₄，己知該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：1，則另一生成物為CO．
（5）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應該控制的反應條件是隔絕空氣（或惰性氣氛中）；所得到的金屬鈦中混有少量雜質，可加入稀鹽酸或稀硫酸溶解后除去．

Answer 1

分析 含有Fe₂O₃、SiO₂的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）加硫酸，溶解，過濾，濾液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加鐵粉，把三價鐵離子還原為亞鐵離子，降溫結晶過濾，得到綠礬即硫酸亞鐵晶體，濾液為TiOSO₄（aq），濾液加熱，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固體，洗滌、干燥、煅燒得到TiO₂，在一定條件下，將TiO₂還原生成Ti，
（1）綠礬即硫酸亞鐵晶體；
（2）FeTi0₃與過量硫酸反應生成TiOSO₄，F(xiàn)eSO₄和H₂O；
（3）根據(jù)亞鐵離子的檢驗操作和現(xiàn)象分析；根據(jù)Fe₂O₃的顏色分析；
（4）反應中Ti元素化合價未變化，氯元素化合價由0價降低為-1價，根據(jù)電子轉移守恒計算碳元素在產(chǎn)物中化合價，據(jù)此結合元素守恒判斷；
（5）用Mg還原TiCl₄制金屬鈦取過程中必須在1070K的溫度下進行，而在此溫度下鎂、鈦都會與氧氣反應；金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，而與稀鹽酸或稀硫酸等不反應，據(jù)此答題；

解答 解：含有Fe₂O₃、SiO₂的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）加硫酸，溶解，過濾，濾液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加鐵粉，把三價鐵離子還原為亞鐵離子，降溫結晶過濾，得到綠礬即硫酸亞鐵晶體，濾液為TiOSO₄（aq），濾液加熱，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固體，洗滌、干燥、煅燒得到TiO₂，在一定條件下，將TiO₂還原生成Ti，
（1）綠礬即硫酸亞鐵晶體，化學式為FeSO₄•7H₂O，
故答案為：FeSO₄•7H₂O；
（2）FeTi0₃與過量硫酸反應生成TiOSO₄，F(xiàn)eSO₄和H₂O，離子方程式為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
故答案為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
（3）取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，說明沒有Fe³⁺，再加H₂O₂后出現(xiàn)紅色，說明有Fe³⁺，則原來含有Fe²⁺，加H₂O₂后Fe²⁺被氧化為Fe³⁺；H₂TiO₃中的二價鐵易被氧化為三價鐵，煅燒時會生成Fe₂O₃，TiO₂含有少量的Fe₂O₃會呈現(xiàn)黃色；
故答案為：Fe²⁺；Fe₂O₃；
（4）反應中Ti元素化合價未變化，氯元素化合價由0價降低為-1價，令碳元素在產(chǎn)物中等化合價為a，則a=2×[0-（-1）]，故a=2，反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：1，結合元素守恒可知，TiO₂、Cl₂、C、TiCl₄的系數(shù)分別為1、2、2、1，所以未知物中含有C原子與O原子，碳元素化合價為+2，故為CO，
故答案為：CO；
（5）為防止鎂、鈦與氧氣反應，應可絕空氣加熱（或惰性氣氛中）；金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，可用稀鹽酸或稀硫酸除雜，
故答案為：隔絕空氣（或惰性氣氛中）； 稀鹽酸或稀硫酸．

點評 本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質的性質．