Question

随着不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资。工业主要以二氧化钛为原料冶炼金属钛。
Ⅰ.二氧化钛可由以下两种方法制备：
方法1：可用含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）制取，其主要流程如下：

（1）由滤液获得绿矾晶体的操作过程是                 。
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有                 。
（3）已知10kg该钛铁矿中铁元素的质量分数为33.6%，能够得到绿矾晶体22.24kg，试计算最少加入铁粉的质量。
方法2：TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O，过滤、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛。
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化学方程式为                 。
②检验TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除净的方法是                 。
Ⅱ.二氧化钛可用于制取钛单质
（5）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：
 
反应②的化学方程式是                 ，该反应成功需要的其他条件及原因是                 。

Answer 1

（1）冷却、结晶、过滤
（2）Fe³⁺ 、Fe²⁺
（3）1.12kg
（4）①TiCl₄ + (x+2)H₂O(过量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl
②取最后一次洗涤液少量，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^－已除净。
（5） 稀有气体保护，防止高温下Mg(Ti)与空气中的O₂(或CO₂、N₂)作用

解析试题分析：（1）滤液中含有的溶质是FeSO₄，要从中得绿矾晶体的操作过程是蒸发浓缩、冷却、结晶，最后过滤即得到固体就是绿矾。（2）钛铁矿中含有Fe₂O₃当加入过量的硫酸溶解时，Fe₂O₃与硫酸反应产生Fe₂ (SO₄)₃,因此该溶液中含有的阳离子为Fe³⁺ 、Fe²⁺、TiO²⁺、H⁺。则除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有Fe³⁺ 、Fe²⁺。（3）钛铁矿中铁元素的质量33.6%×10kg=3.36Kg.绿矾晶体22.24kg中含有的Fe元素的质量为22.24kg×(56÷278)=4.48Kg.所以加入的Fe元素的质量为4.48Kg-3.36Kg="1.12Kg." （4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化学方程式为TiCl₄ + (x+2)H₂O(过量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl. ②检验TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除净的方法是取最后一次洗涤液少量，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^－已除净。（5）根据题意和已知条件可得反应的方程式为。因为Mg及反应产生的Ti容易与其它物质发生反应，为防止在高温下它们与空气中的氧气反应，所以该反应成功需要在稀有气体的环境中进行。
考点：考查TiO₂的制取方法及以TiO₂为原料制取钛单质的反应原理、混合物的分离方法、反应条件的选择。