Question

1．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．
（1）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蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾．
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有Fe³⁺、Fe²⁺．
（3）已知10 kg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22.24 kg，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．
Ⅱ．二氧化鈦可用于制取鈦單質
（5）TiO₂制取單質Ti，涉及的步驟如下：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{Mg_{800}℃}^{②}$Ti
反應②的化學方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，該反應成功需要的其他條件及原因是稀有氣體保護，防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，F(xiàn)eTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成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，濾液中含有硫酸亞鐵，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應得到TiO₂；
（1）從溶液中獲得綠礬晶體，應該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾的方法；
（2）FeTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成Fe³⁺；
（3）10 kg該鈦鐵礦中鐵元素的質量分數(shù)為33.6%，該鈦鐵礦中Fe元素質量=10kg×33.6%=3.36kg，
綠礬晶體中Fe元素質量=$\frac{22.24×1{0}^{3}g}{278g/mol}×56g/mol$=4.48×10³g=4.48kg，根據(jù)Fe元素守恒計算；
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，同時生成HCl；
②氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，如果有白色沉淀說明含有氯離子；
Ⅱ．在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應．

解答 解：鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，F(xiàn)eTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成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，濾液中含有硫酸亞鐵，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應得到TiO₂；
（1）從溶液中獲得綠礬晶體，應該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾的方法，所以由濾液獲得綠礬晶體的操作過程是蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾，故答案為：蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾；
（2）FeTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成Fe³⁺，所以甲中陽離子為Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，
故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；
（3）10 kg該鈦鐵礦中鐵元素的質量分數(shù)為33.6%，該鈦鐵礦中Fe元素質量=10kg×33.6%=3.36kg，
綠礬晶體中Fe元素質量=$\frac{22.24×1{0}^{3}g}{278g/mol}×56g/mol$=4.48×10³g=4.48kg，根據(jù)Fe元素守恒得需要加入Fe的質量=4.48kg-3.36kg=1.12kg，
答：最少加入Fe的質量為1.12kg；
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，同時生成HCl，反應方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O（過量）?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，
故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O（過量）?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，如果有白色沉淀說明含有氯離子，所以檢驗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，
故答案為：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；
Ⅱ．在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應．
（5）反應②的化學方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，稀有氣體保護，防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以該反應成功需要的其他條件及原因稀有氣體保護，防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，
故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；稀有氣體保護，防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，側重考查學生分析、判斷及知識綜合運用能力，明確流程圖中發(fā)生的反應、分離提純方法、元素化合物性質是解本題關鍵，知道氯離子檢驗方法及現(xiàn)象，注意：氯離子檢驗時要正確敘述操作方法、實驗現(xiàn)象及得出結論，題目難度不大．