Question

钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白（TiO₂）是目前最好的白色颜料。制备TiO₂和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃）制取TiO₂的流程如下：

（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_____________周期，第____________族。

（2）步骤①加Fe的目的是：__________________________________________；步骤②冷却的目的是：___________________________________________________________。

（3）上述制备TiO₂的过程中，可以利用的副产物是___________________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入________________________处理。

（4）由金红石（TiO₂）制取单质Ti，涉及的步骤为：

TiO₂→TiCl₄Ti

反应TiCl₄+2Mg====2MgCl₂+Ti在氩气中进行的理由是_____________________________________________________________________。

Answer 1

（1）4  ⅥB

(2)将Fe³⁺还原为Fe²⁺  析出（或分离、或得到）FeSO₄·7H₂O

（3）FeSO₄·7H₂O  石灰（或碳酸钙、废碱）

（4）防止高温下Mg(Ti)与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用

解析：本题是一道典型的无机物框图制备题。不仅考查对基础知识的掌握，还主要考查学科知识的综合应用能力。

（1）由原子序数推断元素在周期表中的位置，关键是熟悉元素周期表的结构，即各周期起止元素的原子序数、各族的相对位置等。Ti的原子序数为22，与熟悉的Ca(原子序数为20)相近，由Ca在元素周期表中的位置，分析推断Ti位于第4周期，第ⅥB族。

（2）由框图所示流程分析可知，要将TiO²⁺与Fe³⁺、Fe²⁺分离，需要先加入铁粉将Fe³⁺还原为Fe²⁺，趁热过滤除去残渣，再将滤液冷却使FeSO₄·7H₂O析出。

（3）制备TiO₂过程中的副产物FeSO₄·7H₂O在工农业生产和日常生活中有较多的应用。在分离出H₂TiO₃的废液中，还含有少量的TiO²⁺、Fe²⁺，可加入石灰（或碳酸钙、废碱）降低H⁺的浓度，使之转化为沉淀析出，进行循环利用。

（4）因为在高温下，Mg(Ti)与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以用Mg还原TiCl₄时要在惰性气氛（Ar）中进行。