Question

被称为“第三金属”的钛在现代科学技术上有着广泛的用途，例如用于制飞机的发动机、坦克、军舰等．工业上常用钛铁矿（主要成分是FeTiO₃，含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质）为原料来制取金属钛．工艺流程如下：

已知：2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
     TiOSO₄+2H₂O

90℃  .

H₂TiO₃↓+H₂SO₄
回答下列问题：
（1）试剂A的名称是

 

，矿渣的成分是

 

（填化学式0．
（2）向滤液中加入试剂B时发生化学反应的离子方程式是

 

．
（3）从TiOSO₄溶液制H₂TiO₃需要加热的目的是

 

．
（4）滤液需冷却至60℃左右，若温度过高会导致产品钛的收率降低，原因是

 

．
（5）写出在氩气保护下，有TiCl₄制Ti的化学方程式

 

．
（6）点解TiO₂来获得Ti是以TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解波，用碳块作电解槽池，其阴极反应的电极反应式是

 

．
（7）通常TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（I）+O₂（g）△H=+151KJ/mol反应难以发生，工业上不能直接由TiO₂和Cl₂反应来制取TiCl₄．当反应体系中加入炭后，上述反应就能顺利进行，其原因是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：制取金属钛其生产流程为：钛铁矿[主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质]加过量硫酸，FeTiO₃溶于过量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，Fe₂O₃溶于过量硫酸，生成Fe³⁺离子，SiO₂杂质不溶于酸，过滤滤渣为SiO₂杂质，滤液为Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入铁粉，发生了反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷却过滤得绿矾和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加热条件下与水反应TiOSO₄+2H₂O

90℃  .

H₂TiO₃↓+H₂SO₄
生成H₂TiO₃，煅烧得到TiO₂，电解得到Ti，TiO₂+Cl₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO，TiCl₄+2Mg

Ar    .

高温

2MgCl₂+Ti，得到Ti．
（1）根据题干信息，2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O选择硫酸为试剂A，根据杂质的性质和硫酸的性质分析矿渣的成分；
（2）由工艺流程转化关系可知，加入试剂B可将Fe³⁺转化为亚铁离子；
（3）根据TiOSO₄的水解平衡的影响因素知识来回答；
（4）由于TiOSO₄容易水解，若温度过高，会导致TiOSO₄提前水解，则会有较多TiOSO₄水解为固体H₂TiO₃，钛元素损失；
（5）镁与四氯化钛在高温下发生置换反应生成氯化镁和金属钛；
（6）根据电解原理：阴极上是发生得电子的还原反应；
（7）从平衡移动的原理：减少生成物的浓度，化学平衡向着正反应方向移动；

解答： 解：（1）钛铁矿[主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质]加过量硫酸，FeTiO₃溶于过量硫酸，2H₂SO₄+FeTiO₃═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，Fe₂O₃溶于过量硫酸，生成Fe³⁺离子，SiO₂杂质不溶于酸，过滤滤渣为SiO₂杂质，滤液为Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，
故答案为：硫酸；SiO₂；
（2）经硫酸溶解后得到的Fe₂（SO₄）₃，而后面过滤得到的是FeSO₄?7H₂O，所以试剂B是铁粉，把Fe³⁺还原为Fe²⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）从 TiOSO₄→H₂TiO₃是物质水解的过程，加热能够促进水解的进行，
故答案为：促进TiOSO₄的水解；
（4）由于TiOSO₄容易水解，若温度过高，会导致TiOSO₄提前水解，则会有较多TiOSO₄水解为固体H₂TiO₃而经过滤进入FeSO₄?7H₂O中导致TiO₂产率降低，钛元素损失，
故答案为：温度过高，会导致TiOSO₄提前水解，钛元素损失；
（5）二氧化钛中，氧元素的化合价为-2价，因此钛元素的化合价为+4价；镁与四氯化钛在高温下反应生成氯化镁和金属钛TiCl₄+2Mg

Ar    .

高温

2MgCl₂+Ti，
故答案为：TiCl₄+2Mg

Ar    .

高温

2MgCl₂+Ti；
（6）因TiO₂作阴极，得到电子，被还原，TiO₂ +4e^-=Ti+2O^2-，得到单质Ti，
故答案为：TiO₂ +4e^-=Ti+2O^2-；
（7）TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）碳单质与氧气反应，因减少生成物的浓度，平衡正向移动，导致反应顺利进行，
故答案为：碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动，导致反应顺利进行；

点评：本题考查学生对工艺流程理解、阅读题目获取信息能力、化学平衡的移动原理、氧化还原反应及方程式的书写等，难度中等，理解工艺流程是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力．