Question

10．鈦（Ti）因具有硬度大、熔點(diǎn)高、耐酸腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于航空、電子等領(lǐng)域，由鈦鐵礦（主要成分是FeTiO₃，鈦酸亞鐵）提取金屬鈦并獲得副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O的工藝流程如圖1：

（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，常溫下，該物質(zhì)易溶于酸性溶液，在pH=0.5時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)化為鈦酸沉淀，則物質(zhì)A是Fe（填化學(xué)式，下同），B是H₂O
（2）已知FeSO₄•7H₂O的溶解度曲線如圖2所示，則步驟Ⅲ采用的操作是降溫、結(jié)晶、過(guò)濾．
（3）工業(yè)上可通過(guò)下列反應(yīng)由TiO₂制備金屬Ti：
TiO₂+2C+2Cl₂   $\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$  TiCl₄+2CO
TiCl₄+2Mg $\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂
已知：常溫下TiCl₄是一種極易水解的無(wú)色液體，沸點(diǎn)為136.4℃．
①?gòu)南铝泄┻x用的裝置如圖3中選擇合適的裝置制備TiCl₄，按氣流方向連接起來(lái)：
A→E→B→F→D→C→G
②下列儀器中盛放的藥品分別是：B濃H₂SO₄，GNaOH溶液．
③裝置D中冷凝管的作用為冷凝產(chǎn)品得TiCl₄液體，冷凝管中水流方向?yàn)閍進(jìn)b出
（4）一定條件下，將TiO₂溶解并還原為T(mén)i³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．稱取TiO₂樣品0.60g，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，則樣品中TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是98%．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，所以物質(zhì)A為Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)過(guò)分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，所以物質(zhì)B為H₂O，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，以此解答該題．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，所以物質(zhì)A為Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)過(guò)分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，所以物質(zhì)B為H₂O，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應(yīng)可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應(yīng)可生成Ti，
（1）根據(jù)上面的分析可知，A為Fe，B為H₂O，
故答案為：Fe；H₂O；
（2）根據(jù)FeSO₄•7H₂O的溶解度曲線可知，硫酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而增大，所以從溶液中分離出FeSO₄•7H₂O，可以通過(guò)降溫、結(jié)晶、過(guò)濾的方法獲得，
故答案為：降溫、結(jié)晶、過(guò)濾；
（3）根據(jù)由TiO₂制備金屬Ti的原理可知，先用濃鹽酸與二氧化錳制得氯氣，制得的氯氣中有氯化氫、水等雜質(zhì)，可以通過(guò)飽和食鹽水和濃硫酸除去，再在管式電爐中生成四氯化鈦，反應(yīng)中有未反應(yīng)的氯氣，會(huì)污染空氣，所以尾氣要用氫氧化鈉溶液吸收，為防止尾氣吸收裝置中的水分揮發(fā)到收集四氯化鈦的容器中，在收集裝置和尾氣處理裝置之間要加一個(gè)干燥裝置，所以①裝置按氣流方向連接起來(lái)的順序?yàn)锳、E、B、F、D、C、G，②根據(jù)上面的分析可知，B中裝濃H₂SO₄，G中裝NaOH溶液，③裝置D中冷凝管的作用為冷凝產(chǎn)品得TiCl₄液體，冷凝進(jìn)采用逆流的冷凝效果比較好，所以冷凝管中水流方向?yàn)閍進(jìn)b 出，
故答案為：①E、B、F、D、G；②濃H₂SO₄；NaOH溶液；③冷凝產(chǎn)品得TiCl₄液體，a進(jìn)b 出；
（4）根據(jù)電子得失守恒可知，將TiO₂溶解并還原為T(mén)i³⁺，Ti³⁺與NH₄Fe（SO₄）₂溶液反應(yīng)時(shí)有關(guān)系式TiO₂～Ti³⁺～NH₄Fe（SO₄）₂，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，即NH₄Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量為36.75×10^-3L×0.20mol•L^-1=7.35×10^-3mol，則TiO₂的物質(zhì)的量為=7.35×10^-3mol，所以樣品中TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{7.35×10{\;}^{-3}×80}{0.60}$×100%=98%，
故答案為：98%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�及�?jì)算能力的考查，為高考常見(jiàn)題型，難度中等，注意把握實(shí)驗(yàn)的基本原理和物質(zhì)的性質(zhì)．