Question

11．鈦被稱為“二十一世紀(jì)金屬”，工業(yè)上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）鐵在元素周期表中的位置為第四周期第ⅤⅢ族．
（2）寫出TiO²⁺水解的離子方程式：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺．加入過量鐵粉的作用是：①防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺；②消耗多余硫酸．
（3）操作 I的實驗步驟為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾．
（4）副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為FeSO₄．
（5）寫出TiO₂轉(zhuǎn)化成TiCl₄的化學(xué)方程式2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．

Answer 1

分析 用濃硫酸處理鈦鐵礦，并向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到TiO²⁺濾液，和副產(chǎn)品FeSO₄，濾液中加入水加熱過濾得到H₂TiO₃，H₂TiO₃加熱灼燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬；
（1）鐵是26號元素，周期表中在第四周期，第ⅤⅢ族；
（2）依據(jù)水解的定義，TiO²⁺水解結(jié)合水電離出的OH^-，生成的產(chǎn)物形式結(jié)合題目可知為H₂TiO₃；鐵粉的作用結(jié)合Fe²⁺易被氧化，同時題干通過操作1可以得到副產(chǎn)物為純凈物可知鐵粉是防止Fe²⁺被氧化，結(jié)合TiO²⁺水解顯酸性可知，過量硫酸需除去有利于水解；
（3）根據(jù)操作為‘含TiO²⁺濾液’可知操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）加入過量鐵屑后溶液中含有Fe²⁺離子，依據(jù)原子守恒可知產(chǎn)物為硫酸亞鐵，則過濾后可得FeSO₄•7H₂O（或FeSO₄），濾渣為過量的鐵屑和不溶物脈石；
（5）通過焦炭過量確定產(chǎn)物為一氧化碳，TiO₂轉(zhuǎn)化成TiCl₄的反應(yīng)為二氧化鈦和碳、氯氣高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳．

解答 解：由流程可知，用濃硫酸處理鈦鐵礦，并向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到TiO²⁺濾液，和副產(chǎn)品FeSO₄，濾液中加入水加熱過濾得到H₂TiO₃，H₂TiO₃加熱灼燒得到TiO₂，加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬；
（1）鐵是26號元素，位于周期表中在第四周期，第ⅤⅢ族，故答案為：第四周期第VIII 族；
（2）TiO²⁺水解結(jié)合水電離出的OH^-，生成的產(chǎn)物形式結(jié)合題目可知為H₂TiO₃，反應(yīng)的離子方程式為：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺；鐵粉的作用結(jié)合Fe²⁺易被氧化，同時題干通過操作1可以得到副產(chǎn)物為純凈物可知鐵粉是防止Fe²⁺被氧化，結(jié)合TiO²⁺水解顯酸性可知，過量硫酸需除去有利于水解正向進(jìn)行；
故答案為：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺；防止Fe²⁺氧化為Fe³⁺；消耗多余硫酸；
（3）上述分析可知操作I是得到含TiO²⁺濾液，溶液中得到溶質(zhì)晶體的實驗步驟為，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾得到TiO²⁺濾液；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）加入過量鐵屑后溶液中含有Fe²⁺離子，則過濾后可得FeSO₄•7H₂O（或FeSO₄），副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為FeSO₄；
故答案為：FeSO₄；
（5）通過焦炭過量確定產(chǎn)物為一氧化碳，TiO₂轉(zhuǎn)化成TiCl₄的反應(yīng)為二氧化鈦和碳、氯氣高溫加熱反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式依據(jù)原子守恒配平得到：2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
故答案為：2Cl₂+TiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．

點評 本題以框圖推斷的形式結(jié)合化學(xué)實驗和元素化合物的相關(guān)知識考查學(xué)生的閱讀、分析、提取信息解決問題的能力，主要是化學(xué)工藝流程，題目難度較大，做題時注意從物質(zhì)的性質(zhì)角度結(jié)合題中信息解答．