Question

5．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，钛的还原性介于铝和锌之间，但在常温下，钛金属具有优异的抗腐蚀性能，是制造飞机、火箭和宇宙飞船的最好材料．一种以钛铁矿（含 85%的FeTiO3，杂质不参与反应）为原料制备Ti的工艺如下：钛铁矿$→_{过滤}^{H_{2}SO_{4}}$硫酸氧钛溶液$→_{过滤}^{H_{2}O/△}$H₂TiO₃$\stackrel{焙烧}{→}$TiO₄$→_{高温}^{C，Cl_{2}}$$→_{高温}^{Mg/Ar}$Ti
已知：硫酸法制钛的第一步操作进使磨细的钛铁矿与浓硫酸（浓度在80%以上）在343-353℃温度、不断搅拌的条件下反应，主要反应是非机化还原反应，产物是TiOSO₄和 FeSO₄•TiOSO₄ 遇水水解．
（1）FeTiO₃中Ti的化合价为，硫酸与 FeTiO₃反应的化学方程式为2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O．
（2）第二步要加大量的水加热制备H₂TiO₃，请用平衡移动原理解释原因TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加热，加水促进平衡正向移动．
（3）TiCl₄极易水解，将它暴露在空气中会产生烟雾，故可以制作烟舞弹，用化学方程式解释原因TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl．
（4）如果从Na、Zn、Fe中选一种金属代替Mg，填金属跟TiCl₄反应的化学方程式是TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{Ar}$Ti+4NaCl
（5）为测定溶液中，TiOSO₄的含量，首先取待测液10mL，加过量奶粉，充分震荡，使其完全反应：3TiO²⁺+Al+6H⁺═3Ti₃+Al³⁺+3H₂O，过滤洗洗涤后将所得溶液定容为酸式滴定管100mL，取出滤液20.00mL，向其中滴加2-3滴KSCN溶液做指示剂，用（一种玻璃仪器）滴加 0.100 0mol/L． FeCl₃溶液，发生Ti³⁺+Fe³⁺=Ti⁴⁺ Fe²⁺．当溶液出现红色时达到滴定终点，此时用去了30.00 mL FeCl₃溶液，待测液中TiOSO₄的物质的量浓度是1.50 mol•L^-1．

Answer 1

分析 以钛铁矿（含 85%的FeTiO3，杂质不参与反应）为原料制备Ti的工艺：用浓硫酸处理钛铁矿，产物是TiOSO₄和 FeSO₄，该反应为非氧化还原反应，则发生的反应为：2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O，然后加水，TiOSO₄ 遇水水解，过滤得到H₂TiO₃，H₂TiO₃加热灼烧得到TiO₂，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属，据此分析作答．

解答 解（1）钛酸亚铁FeTiO₃中铁元素+2价，氧元素-2价，化合物中化合价代数和为0，则钛元素+4价，由题可知，硫酸与 FeTiO₃反应产物是TiOSO₄和 FeSO₄，该反应为非氧化还原反应，则化学方程式为2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
故答案为：2H₂SO₄+FeTiO₃=FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
（2）TiOSO₄ 遇水水解，TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加热，加水稀释，均可促进平衡正向移动生成H₂TiO₃，
故答案为：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，加热，加水促进平衡正向移动；
（3）TiCl₄极易水解，将它暴露在空气中会产生烟雾，生成二氧化钛和氯化氢气体，发生的反应为：TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl；
故答案为：TiCl₄+2H₂O=TiO₂+4HCl；
（4）活泼金属钠可以将金属钛置换出来：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{Ar}$Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活泼性差；
故答案为：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{Ar}$Ti+4NaCl；
（5）准确滴加氯化铁溶液可使用滴定管，氯化铁有较强的氧化性，应用酸式滴定管；
设滤液Ti³⁺的物质的量为X．
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺
1            1
X    0.1000mol•L^-1×0.03L
解得X=0.1000mol•L^-1×0.03L=0.003mol
则待测钛液中TiOSO₄的物质的量=0.003mol×5=0.015mol
根据C=$\frac{0.015mol}{0.01L}$=1.50 mol•L^-1；
故答案为：酸式滴定管；1.50 mol•L^-1．

点评 本题以框图推断的形式结合化学实验和元素化合物的相关知识考查学生的阅读、分析、提取信息解决问题的能力，主要是化学工艺流程，题目难度较大，做题时注意从物质的性质角度结合题中信息解答．