Question

隨著不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行業(yè)推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。工業(yè)主要以二氧化鈦為原料冶煉金屬鈦。

Ⅰ.二氧化鈦可由以下兩種方法制備：

方法1：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：

（1）由濾液獲得綠礬晶體的操作過程是                  。

（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有                  。

（3）已知10kg該鈦鐵礦中鐵元素的質量分數(shù)為33.6%，能夠得到綠礬晶體22.24kg，試計算最少加入鐵粉的質量。

方法2：TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O，過濾、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂，此方法制備得到的是納米二氧化鈦。

（4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學方程式為                  。

     ②檢驗TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是                  。

Ⅱ.二氧化鈦可用于制取鈦單質

（5）TiO₂制取單質Ti，涉及到的步驟如下：

 

反應②的化學方程式是                  ，該反應成功需要的其他條件及原因是                  。

 

Answer 1

【答案】

 

（1）冷卻、結晶、過濾

（2）Fe³⁺ 、Fe²⁺

（3）1.12kg

（4）①TiCl₄ + (x+2)H₂O(過量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl

 ②取最后一次洗滌液少量，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^－已除凈。

（5）  稀有氣體保護，防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂(或CO₂、N₂)作用

【解析】

試題分析：（1）濾液中含有的溶質是FeSO₄，要從中得綠礬晶體的操作過程是蒸發(fā)濃縮、冷卻、結晶，最后過濾即得到固體就是綠礬。（2）鈦鐵礦中含有Fe₂O₃ 當加入過量的硫酸溶解時，F(xiàn)e₂O₃與硫酸反應產生Fe₂ (SO₄)₃ ,因此該溶液中含有的陽離子為Fe³⁺ 、Fe²⁺ 、TiO²⁺、H⁺。則除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有Fe³⁺ 、Fe²⁺ 。（3）鈦鐵礦中鐵元素的質量33.6%×10kg=3.36Kg. 綠礬晶體22.24kg中含有的Fe元素的質量為22.24kg×(56÷278)=4.48Kg.所以加入的Fe元素的質量為4.48Kg-3.36Kg=1.12Kg. （4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學方程式為TiCl₄ + (x+2)H₂O(過量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl. ②檢驗TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取最后一次洗滌液少量，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^－已除凈。（5）根據題意和已知條件可得反應的方程式為。因為Mg及反應產生的Ti容易與其它物質發(fā)生反應，為防止在高溫下它們與空氣中的氧氣反應，所以該反應成功需要在稀有氣體的環(huán)境中進行。

考點：考查TiO₂的制取方法及以TiO₂為原料制取鈦單質的反應原理、混合物的分離方法、反應條件的選擇。