Question

金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點(diǎn)高、常溫時耐酸堿腐蝕等性質(zhì)被廣泛用在高新科技材料和航天領(lǐng)域中．“硫酸法”生產(chǎn)鈦的原料是鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO₃，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質(zhì)）；主要生產(chǎn)流程如下：
已知反應(yīng)：①將鈦鐵礦與濃H₂SO₄煮解：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）

△   .

TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O．②加水分解硫酸氧鈦：TiOSO₄+（n+1）H₂O═TiO₂?nH₂O+H₂SO₄．請回答下列問題：
（1）副產(chǎn)品甲是

 

，可循環(huán)利用的物質(zhì)是

 

．
（2）上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是

 

．
（3）寫出中間產(chǎn)品乙與焦炭、氯氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)的方程式為：

 

．
（4）最近，用熔融法直接電解中間產(chǎn)品乙制取金屬鈦獲得成功．寫出電解乙制取金屬鈦的化學(xué)方程式

 

．
（5）“硫酸法”生產(chǎn)鈦排放的廢液對水體有哪些污染，請指出主要的兩點(diǎn)：①

 

；②

 

．
③根據(jù)廢液的主要成分，針對其中一項(xiàng)污染，提出處理的方法：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由流程可知，鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO₃，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質(zhì)）中加入濃硫酸，F(xiàn)eTiO₃發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）

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TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O，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，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，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)流程可知副產(chǎn)品甲為FeSO₄?7H₂O，可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸；
（2）鐵能夠與鐵離子反應(yīng)，加入鐵粉可防止鐵離子氧化；
（3）乙為TiO₂，反應(yīng)物為乙為TiO₂、氯氣、C，反應(yīng)產(chǎn)物為四氯化鈦和CO，反應(yīng)條件為高溫，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（4）乙為TiO₂，電解TiO₂生成金屬鈦和氧氣；
（5）“硫酸法”排放的廢液為酸性，會產(chǎn)生酸污染；與Ti共存的其它重金屬的廢液對水體有污染，可以用熟石灰治理污染．

解答： 解：鈦鐵礦（主要成分是：FeTiO₃，還含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金屬元素及脈石等雜質(zhì)）中加入濃硫酸，F(xiàn)eTiO₃發(fā)生反應(yīng)：FeTiO₃+2H₂SO₄（濃）

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TiOSO₄（硫酸氧鈦）+FeSO₄+2H₂O，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，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，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）從流程圖硫酸與過量的鐵反應(yīng)可知，副產(chǎn)品甲是FeSO₄?7H₂O，可循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸，
故答案為：FeSO₄?7H₂O；硫酸；
（2）鐵可與Fe³⁺反應(yīng)生成Fe²⁺，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，
故答案為：防止Fe²⁺氧化（成Fe³⁺）；
（3）中間產(chǎn)物乙為TiO₂，TiO₂與焦炭、氯氣在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成四氯化鈦和一氧化碳，反應(yīng)的方程式為：TiO₂+2Cl₂+2C

高溫  .

TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C

高溫  .

TiCl₄+2CO；
（4）乙為TiO₂，電解乙制取金屬鈦的化學(xué)方程式為：TiO₂（熔融）

電解  .

Ti+O₂↑，
故答案為：TiO₂（熔融）

電解  .

Ti+O₂↑；
（5）①②“硫酸法”生產(chǎn)鈦排放的廢液為酸性，會產(chǎn)生酸污染，并且與Ti共存的其它重金屬的廢液對水體有污染，
故答案為：廢液呈強(qiáng)酸性，污染水體；因廢液中含有的Mn²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺等重金屬離子排入水體中會造成水體污染，使水體生物絕跡；
③產(chǎn)生酸污染可以加入熟石灰中和，重金屬離子污染可通過沉淀法除去，
故答案為：加入熟石灰．

點(diǎn)評：本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，試題側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦呖汲Ｒ婎}型，明確制備流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，注意把握實(shí)驗(yàn)的基本原理和常見物質(zhì)的性質(zhì)．