Question

1．金属钛及钛的合金被认为是21世纪重要的金属材料．常温下钛不和非金属酸反应．以钛铁矿【主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质】为主要原料冶炼金属钛的主要工艺过程如下：

 回答下列问题：
（1）绿矾的化式是FeSO₄•7H₂O．
（2）FeTiO₃与过量硫酸反应的离子方程式为FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O．
（3）取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H₂O₂后出现微红色，说明H₂TiO₃中存在的杂质离子是Fe²⁺．这种H₂TiO₃即使用水充分洗涤，缎烧后获得的TiO₂也会发黄，发黄的杂质是Fe₂O₃（填化式）．
（4）以TiO₂为原料制取金属钛的其中一步反应为TiO₂、氯气和焦炭反应生成TiCl₄，己知该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，则另一生成物为CO．
（5）用Mg还原TiCl₄制金属钛取过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气（或惰性气氛中）；所得到的金属钛中混有少量杂质，可加入稀盐酸或稀硫酸溶解后除去．

Answer 1

分析 含有Fe₂O₃、SiO₂的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）加硫酸，溶解，过滤，滤液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加铁粉，把三价铁离子还原为亚铁离子，降温结晶过滤，得到绿矾即硫酸亚铁晶体，滤液为TiOSO₄（aq），滤液加热，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固体，洗涤、干燥、煅烧得到TiO₂，在一定条件下，将TiO₂还原生成Ti，
（1）绿矾即硫酸亚铁晶体；
（2）FeTi0₃与过量硫酸反应生成TiOSO₄，FeSO₄和H₂O；
（3）根据亚铁离子的检验操作和现象分析；根据Fe₂O₃的颜色分析；
（4）反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，根据电子转移守恒计算碳元素在产物中化合价，据此结合元素守恒判断；
（5）用Mg还原TiCl₄制金属钛取过程中必须在1070K的温度下进行，而在此温度下镁、钛都会与氧气反应；金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，而与稀盐酸或稀硫酸等不反应，据此答题；

解答 解：含有Fe₂O₃、SiO₂的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）加硫酸，溶解，过滤，滤液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加铁粉，把三价铁离子还原为亚铁离子，降温结晶过滤，得到绿矾即硫酸亚铁晶体，滤液为TiOSO₄（aq），滤液加热，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固体，洗涤、干燥、煅烧得到TiO₂，在一定条件下，将TiO₂还原生成Ti，
（1）绿矾即硫酸亚铁晶体，化学式为FeSO₄•7H₂O，
故答案为：FeSO₄•7H₂O；
（2）FeTi0₃与过量硫酸反应生成TiOSO₄，FeSO₄和H₂O，离子方程式为：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
故答案为：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
（3）取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，说明没有Fe³⁺，再加H₂O₂后出现红色，说明有Fe³⁺，则原来含有Fe²⁺，加H₂O₂后Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；H₂TiO₃中的二价铁易被氧化为三价铁，煅烧时会生成Fe₂O₃，TiO₂含有少量的Fe₂O₃会呈现黄色；
故答案为：Fe²⁺；Fe₂O₃；
（4）反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，令碳元素在产物中等化合价为a，则a=2×[0-（-1）]，故a=2，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，结合元素守恒可知，TiO₂、Cl₂、C、TiCl₄的系数分别为1、2、2、1，所以未知物中含有C原子与O原子，碳元素化合价为+2，故为CO，
故答案为：CO；
（5）为防止镁、钛与氧气反应，应可绝空气加热（或惰性气氛中）；金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，可用稀盐酸或稀硫酸除杂，
故答案为：隔绝空气（或惰性气氛中）； 稀盐酸或稀硫酸．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．