Question

15．钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃），还含有少量Fe₂O₃]为原料制备钛的工艺流程如图所示：

（1）钛铁矿与硫酸反应的化学方程式为FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（2）加入的物质A为Fe．
（3）步骤Ⅱ中发生反应的离子方程式为TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；水解过程中需要升高温度，其目的是：①加快反应水解速率，②升温促进平衡正向移动，提高产率．
（4）由TiO₂获得金属Ti可用以下两种方法．
①电解法：以石墨为阳极，TiO₂为阴极，熔融CaO为电解质，其阴极的电极反应式为TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-．
②热还原法：首先将TiO₂、氯气和过量焦炭混合，高温反应生成TiCl₄；然后用Mg还原TiCl₄即可制取Ti．生成TiCl₄的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1；生成Ti的反应需在Ar气氛中，其原因为防止高温下Mg（或Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）反应．

Answer 1

分析 钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，加入A后制备FeSO₄，则A为铁粉，用于还原Fe³⁺，过滤除去滤渣，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO₄•7H₂O晶体和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺经过水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅烧得TiO₂，将TiO₂还原可得Ti，以此解答该题．

解答 解：根据题中流程可知，钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，再加铁粉还原Fe³⁺，过滤除去滤渣，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO₄•7H₂O晶体和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺经过水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅烧得TiO₂，将TiO₂还原可得Ti，
（1）钛铁矿与硫酸反应的主要反应的化学方程式为FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案为：FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O； 
（2）根据上面的分析可知，物质A为 Fe，用于还原铁离子，故答案为：Fe；
（3）步骤Ⅱ中TiO²⁺经过水解得TiO₂•xH₂O，发生反应的离子方程式为TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺，水解过程中需要升高温度，可加快反应水解速率，升温促进平衡正向移动，提高产率，
故答案为：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；升温促进平衡正向移动，提高产率；
（4）①电解TiO₂获得Ti，用TiO₂为阴极，其阴极的电极反应式为TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-，故答案为：TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-；
②将TiO₂、氯气和过量焦炭混合，高温反应生成TiCl₄，反应的方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，根据方程式可知，反应中氯气为氧化剂，碳为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，由于钛和镁在与空气在高温反应所以反应需在Ar气氛中，
故答案为：1：1；防止高温下Mg（或Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）反应．

点评 本题考查物质制备，为高考常见题型，题目涉及流程分析判断，实验基本操作，离子方程式的书写，数据计算等，综合性较强，考查学生对所学知识的综合应用能力，题目难度中等．