Question

被稱為“第三金屬”的鈦在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上有著廣泛的用途，例如用于制飛機的發(fā)動機、坦克、軍艦等．工業(yè)上常用鈦鐵礦（主要成分是FeTiO₃，含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料來制取金屬鈦．工藝流程如下：

已知：2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
     TiOSO₄+2H₂O

90℃  .

H₂TiO₃↓+H₂SO₄
回答下列問題：
（1）試劑A的名稱是

 

，礦渣的成分是

 

（填化學(xué)式0．
（2）向濾液中加入試劑B時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（3）從TiOSO₄溶液制H₂TiO₃需要加熱的目的是

 

．
（4）濾液需冷卻至60℃左右，若溫度過高會導(dǎo)致產(chǎn)品鈦的收率降低，原因是

 

．
（5）寫出在氬氣保護下，有TiCl₄制Ti的化學(xué)方程式

 

．
（6）點解TiO₂來獲得Ti是以TiO₂作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解波，用碳塊作電解槽池，其陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式是

 

．
（7）通常TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（I）+O₂（g）△H=+151KJ/mol反應(yīng)難以發(fā)生，工業(yè)上不能直接由TiO₂和Cl₂反應(yīng)來制取TiCl₄．當(dāng)反應(yīng)體系中加入炭后，上述反應(yīng)就能順利進行，其原因是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：制取金屬鈦其生產(chǎn)流程為：鈦鐵礦[主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質(zhì)]加過量硫酸，F(xiàn)eTiO₃溶于過量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，F(xiàn)e₂O₃溶于過量硫酸，生成Fe³⁺離子，SiO₂雜質(zhì)不溶于酸，過濾濾渣為SiO₂雜質(zhì)，濾液為Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入鐵粉，發(fā)生了反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷卻過濾得綠礬和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加熱條件下與水反應(yīng)TiOSO₄+2H₂O

90℃  .

H₂TiO₃↓+H₂SO₄
生成H₂TiO₃，煅燒得到TiO₂，電解得到Ti，TiO₂+Cl₂+2C

高溫  .

TiCl₄+2CO，TiCl₄+2Mg

Ar    .

高溫

2MgCl₂+Ti，得到Ti．
（1）根據(jù)題干信息，2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O選擇硫酸為試劑A，根據(jù)雜質(zhì)的性質(zhì)和硫酸的性質(zhì)分析礦渣的成分；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，加入試劑B可將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為亞鐵離子；
（3）根據(jù)TiOSO₄的水解平衡的影響因素知識來回答；
（4）由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，會導(dǎo)致TiOSO₄提前水解，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃，鈦元素損失；
（5）鎂與四氯化鈦在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)生成氯化鎂和金屬鈦；
（6）根據(jù)電解原理：陰極上是發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（7）從平衡移動的原理：減少生成物的濃度，化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向移動；

解答： 解：（1）鈦鐵礦[主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質(zhì)]加過量硫酸，F(xiàn)eTiO₃溶于過量硫酸，2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，F(xiàn)e₂O₃溶于過量硫酸，生成Fe³⁺離子，SiO₂雜質(zhì)不溶于酸，過濾濾渣為SiO₂雜質(zhì)，濾液為Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，
故答案為：硫酸；SiO₂；
（2）經(jīng)硫酸溶解后得到的Fe₂（SO₄）₃，而后面過濾得到的是FeSO₄?7H₂O，所以試劑B是鐵粉，把Fe³⁺還原為Fe²⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）從 TiOSO₄→H₂TiO₃是物質(zhì)水解的過程，加熱能夠促進水解的進行，
故答案為：促進TiOSO₄的水解；
（4）由于TiOSO₄容易水解，若溫度過高，會導(dǎo)致TiOSO₄提前水解，則會有較多TiOSO₄水解為固體H₂TiO₃而經(jīng)過濾進入FeSO₄?7H₂O中導(dǎo)致TiO₂產(chǎn)率降低，鈦元素損失，
故答案為：溫度過高，會導(dǎo)致TiOSO₄提前水解，鈦元素損失；
（5）二氧化鈦中，氧元素的化合價為-2價，因此鈦元素的化合價為+4價；鎂與四氯化鈦在高溫下反應(yīng)生成氯化鎂和金屬鈦TiCl₄+2Mg

Ar    .

高溫

2MgCl₂+Ti，
故答案為：TiCl₄+2Mg

Ar    .

高溫

2MgCl₂+Ti；
（6）因TiO₂作陰極，得到電子，被還原，TiO₂ +4e^-=Ti+2O^2-，得到單質(zhì)Ti，
故答案為：TiO₂ +4e^-=Ti+2O^2-；
（7）TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)，因減少生成物的濃度，平衡正向移動，導(dǎo)致反應(yīng)順利進行，
故答案為：碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動，導(dǎo)致反應(yīng)順利進行；

點評：本題考查學(xué)生對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、化學(xué)平衡的移動原理、氧化還原反應(yīng)及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關(guān)鍵，需要學(xué)生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運用基礎(chǔ)知識分析問題、解決問題能力．