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【题目】A部分:由锆英砂(ZrO2·SiO2,还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)制备ZrO2的流程如下:

已知:①ZrO2在强碱性溶液中以ZrO32-形式存在,在强酸性溶液中以ZrO2+形式存在。

②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

Mn+

Fe3+

Al3+

ZrO2+

开始沉淀时pH

1.9

3.3

6.2

沉淀完全时pH

3.8

5.6

8.0

(1)操作I所需要的玻璃仪器为___________,操作I除了得到溶液a还可得到_________

(2)加氨水至溶液a中调节pH的的范围是________________

(3)操作II会得到滤液b和滤渣II,滤渣II分离过程如下:

氧化物B的化学式为__________。若试剂X为盐酸,缺点是___________

(4)操作III除得到Zr(OH)4外还得到某种溶液,向该溶液中加入CaCO3粉末并加热,得到两种气体。该反应的离子方程式为_____________________________

(5)加入氨水至溶液b发生的离子方程式为__________________________

(6)为得到纯净的ZrO2,Zr(OH)4需要洗涤,检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是______________

B部分:钛精矿是从钛铁矿或钛磁铁矿中采选出来,主要成分为FeTiO3,是生产用途非常广泛的钛白粉的原料。以钛精矿石为原料制备金属钛的流程如下图所示(某些过滤过程已忽略)。已知强酸性溶液中,+4价的钛元素以TiO2+形式存在,金属钛不溶于稀非氧化性酸。回答下列问题:

(1)步骤②中加入铁屑的作用是__________________

(2)晶体K俗称绿矾,晶体K的化学式为____________

(3)试写出溶液C加热制备钛酸沉淀的化学方程式__________________________________

(4)步骤⑥加入过量的活性炭,则发生的化学方程式为_______________,已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2为吸热反应,且该条件下反应也能够发生,为何制备TiCl4过程中还要加入活性炭,试解释原因_________________

(5)气体F为氩气,F的作用是_____________________

(6)溶液H_________,作用为___________________________

【答案】烧杯、漏斗、玻璃棒 H2SiO3 5.6~6.2 Al2O3 盐酸的量不易控制 2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+ 取最后一次洗涤液加入硝酸酸化的AgNO3未产生白色沉淀则洗涤干净 防止Fe2+被氧化 FeSO4·7H2O TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4 TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO 活性炭与O2反应并放热促进反应正向移动利于制备TiCl4 做保护气 稀盐酸 溶解MgCl2和未反应的Mg,过滤后提纯金属钛

【解析】

A部分: (1)从反应流程可知操作I为过滤所需要的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠,硅酸钠与盐酸反应生成了胶状沉淀硅酸,因此操作I除了得到溶液a还可得到H2SiO3综上所述本题答案是烧杯、漏斗、玻璃棒,H2SiO3

(2)加氨水的目的是除去溶液中的铁离子和铝离子,使两种离子变为沉淀,根据表格数据可知当溶液a中调节pH的的范围是5.6~6.2之间时即可实现目的综上所述本题答案是:5.6~6.2。

(3)滤渣II为氢氧化铁和氢氧化铝混合物氢氧化铝能够与强碱反应生成偏铝酸钠溶液偏铝酸钠溶液中加入过量的二氧化碳得到氢氧化铝沉淀加热氢氧化铝得到氧化铝固体所以氧化物B的化学式为Al2O3若试剂X为盐酸,盐酸适量偏铝酸钠与盐酸反应产生氢氧化铝沉淀盐酸过量氢氧化铝沉淀溶解因此使用盐酸制备氢氧化铝就需控制盐酸的使用量综上所述本题答案是:Al2O3盐酸的量不易控制

(4)根据流程分析可知操作III除得到Zr(OH)4外还得到氯化铵溶液,氯化铵溶液水解显酸性向该溶液中加入CaCO3粉末并加热,得到二氧化碳和氨气。该反应的离子方程式为2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O;综上所述,本题答案是:2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O。

(5) 强酸性溶液b中含有ZrO2+该离子能够与氨水反应生成Zr(OH)4沉淀离子方程式为:ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+综上所述本题答案是:ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+

(6)为得到纯净的ZrO2,Zr(OH)4需要洗涤附着的氯化铵溶液是否洗涤干净,可用稀硝酸和硝酸银溶液检验洗涤液中是否存在氯离子具体操作如下:取最后一次洗涤液加入硝酸酸化的AgNO3未产生白色沉淀则洗涤干净综上所述本题答案是取最后一次洗涤液加入硝酸酸化的AgNO3未产生白色沉淀则洗涤干净

B部分: (1) 钛精矿主要成分为FeTiO3,铁为+2固体产物A中溶于水后溶液中含有Fe2+,Fe2+易被氧化,因此步骤②中加入铁屑的作用是防止Fe2+被氧化综上所述本题答案是防止Fe2+被氧化

(2)晶体K俗称绿矾,它为带有7个结晶水的硫酸亚铁晶体,化学式为FeSO4·7H2O;综上所述本题答案是:FeSO4·7H2O。

(3) C为TiOSO4溶液加热后生成H2TiO3固体和H2SO4溶液化学方程式:TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4综上所述本题答案是:TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4

(4) 钛酸固体加热分解为TiO2,TiO2与氯气活性炭反应生成四氯化钛化学方程式为:TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO;已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2为吸热反应,活性炭与O2反应并放热,有利于反应向右移动,提高了四氯化钛的产率;综上所述,本题答案是:TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO;活性炭与O2反应并放热促进反应正向移动利于制备TiCl4

(5)气体F为氩气,性质稳定做保护气;综上所述,本题答案是:做保护气

(6) TiCl4与镁反应生成金属钛和氯化镁金属钛不溶于稀非氧化性酸所以H溶液可以选择稀盐酸溶解MgCl2和未反应的Mg,过滤后提纯金属钛综上所述本题答案是稀盐酸 溶解MgCl2和未反应的Mg,过滤后提纯金属钛

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