Question

7．二氧化鈦（TiO₂）廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質(zhì)的原料．
Ⅰ．二氧化鈦可由以下兩種方法制備：
方法1：TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到膠體TiO₂，此方法制備得到的是納米二氧化鈦．
（1）①TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O的化學(xué)方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O═TiO₂•x H₂O↓+4HCl；
②檢驗TiO₂•x H₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈
方法2：可用含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）制取，其主要流程如下：

（2）鈦鐵礦粉末中加硫酸反應(yīng)得TiO²⁺的離子方程式為FeTiO₃+4H⁺═TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O
（3）溶液甲中加入Fe的作用是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺
（4）若要加熱FeSO₄.7H₂O晶體得無水硫酸亞鐵，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質(zhì)儀器是坩堝、泥三角
Ⅱ．二氧化鈦可用于制取鈦單質(zhì)，涉及到的步驟如圖：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{Mg_{800}℃}$Ti
反應(yīng)②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+TiMg，該反應(yīng)需要在Ar氣氛中進行，請解釋原因：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的氧氣（或CO₂、N₂）作用）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）①根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和質(zhì)量守恒定律書寫化學(xué)方程式；
②檢驗沉淀是否洗凈的方法是，取少量洗滌液，檢驗溶液中溶解的離子是否還存在氯離子；
方法二：鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，F(xiàn)eTiO₃和稀硫酸反應(yīng)生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應(yīng)生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，F(xiàn)e將Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后過濾得到濾渣和濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應(yīng)得到TiO₂．
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，F(xiàn)eTiO₃溶于過量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O；
（3）鐵有還原性，能還原鐵離子生成亞鐵離子；
（4）加熱FeSO₄.7H₂O晶體得無水硫酸亞鐵，操作為灼燒，用到多種硅酸鹽質(zhì)的儀器，除玻璃棒、酒精燈外，還有坩堝、泥三角；
Ⅱ．在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，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氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．（1）①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），方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②沉淀吸附溶液中的Cl^-，根據(jù)發(fā)生反應(yīng)：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈，
故答案為：取最后一次的洗滌濾液1～2 mL于試管中，向其中滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已洗滌干凈；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，F(xiàn)eTiO₃溶于過量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，反應(yīng)離子方程式為FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
（3）該溶液中含有鐵離子，鐵具有還原性，能將鐵離子氧化生成亞鐵離子且不引進新的雜質(zhì)，所以鐵的作用是：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，
故答案為：將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺；
（4）加熱FeSO₄.7H₂O晶體得無水硫酸亞鐵，操作為灼燒，需要酒精燈加熱，需要坩堝盛放FeSO₄.7H₂O晶體，需要泥三角穩(wěn)定坩堝，需要玻璃棒攪拌，需要坩堝鉗轉(zhuǎn)移坩堝，除酒精燈、玻璃棒外，還要用到的兩種硅酸鹽質(zhì)儀器是坩堝、泥三角，
故答案為：坩堝、泥三角；
Ⅱ．在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應(yīng)生成氯化鎂和鈦，反應(yīng)方程式為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+TiMg是活潑金屬，能與空氣中多種物質(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)，
故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti； 防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評 本題考查對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應(yīng)及方程式的書寫等，題目難度中等，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．