Question

【題目】鈦被稱為“二十一世紀金屬”，工業(yè)上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

已知：鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水會水解。

請回答下列問題：

（1）操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有 ，操作2是 、過濾，副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為 。

（2）請結(jié)合化學(xué)用語解釋將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理 。

（3）已知鈦的還原性介于鋁與鋅之間，估計鈦能耐腐蝕的原因之一是 。如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂，那么該金屬跟四氯化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。

（4）電解TiO2來獲得Ti是以TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解質(zhì)，用碳塊作電解槽，其陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式是 。

（5）為測定溶液中TiOSO4的含量，首先取待測鈦液10 mL用水稀釋至100 mL，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO2+ +Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O。過濾后，取出濾液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用 （填一種玻璃儀器的名稱）滴加0.1000mol·L-1 FeCl3溶液，發(fā)生Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。當(dāng)溶液出現(xiàn)紅色達到滴定終點，用去了30.00mL FeC13溶液。待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是 。

Answer 1

【答案】（1）漏斗、玻璃棒、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 （或濃縮、結(jié)晶）；FeSO4·7H2O或FeSO4

（2）溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動

（3）鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密） TiCl4+4NaTi+4NaCl

（4）TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2-

（5）酸式滴定管 1.50 molL-1

【解析】

試題分析：用濃硫酸處理鈦鐵礦，鈦鐵礦用濃硫酸溶解，反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到TiO2+濾液，和副產(chǎn)品FeSO4，濾液中加入水加熱過濾得到H2TiO3，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl4和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬；（1）操作1為過濾用到的玻璃儀器除燒杯外還有漏斗、玻璃棒，操作2的實驗步驟為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，加入過量鐵屑后溶液中含有Fe2+離子，則過濾后可得FeSO47H2O（或FeSO4），副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為FeSO4，故答案為：漏斗、玻璃棒；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；FeSO4；（2）加熱的目的是促進TiO2+水解生成H2TiO3，分離出固體加熱得到TiO2，溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加熱升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3；

（3）鈦的還原性介于鋁與鋅之間，氧化鋁是一層致密的氧化膜，估計鈦能耐腐蝕的原因鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密）；活潑金屬鈉可以將金屬鈦置換出來：TiCl4+4NaTi+4NaCl，Zn、和Fe的金屬活潑性不如鈦，不能置換。

（4）因TiO2作陰極，得到電子，被還原得到單質(zhì)Ti，陰極電極反應(yīng)式為：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）準(zhǔn)確滴加氯化鐵溶液可使用滴定管，氯化鐵有較強的氧化性，且其溶液呈酸性，應(yīng)用酸式滴定管；

設(shè)待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是c mol/L，則：

TiOSO4 ～Ti3+ ～Fe3+

1 1

0.01L×c mol/L×20ml/100ml 0.1000molL-1×0.03L

解得c=1.5;故答案為：酸式滴定管；1.5 molL-1．