Question

6．金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽為“未來金屬”．以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦同時獲得副產品甲的工業(yè)生產流程如下：
回答下列問題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO₄，反應中無氣體生成，檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是可取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠�紅色，如果變?yōu)檠�紅色就說明變質，否則不變質．
（2）上述生產流程中加入鐵屑的目的是除去鐵離子且防止亞鐵離子被氧化．
（3）寫出由TiO²⁺水解生成H₂TiO₃的離子方程式TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃↓+2H⁺，
（4）Mg還原TiCl₄過程中必須在1070K的溫度下進行，你認為還應該控制的反應條件是隔絕空氣．
（5）上述生產流程中所得到的金屬鈦中混有少量雜質，可加入稀鹽酸溶解后除去．
（6）若對溶液Ⅰ先進行加熱后冷卻結晶，可能產生的后果是TiOSO₄發(fā)生水解產生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產率下降．
（7）為測定溶液Ⅱ中TiOSO₄的含量，首先取待測鈦液10mL用水稀釋至100mL，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO²⁺+Al+6H⁺=3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O．過濾后，取出濾液20.00mL，在濾液中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用酸式滴定管（填一種玻璃儀器的名稱）滴加0.1000mol．L^-1FeCl₃溶液，當溶液出現(xiàn)紅色達到滴定終點，用去了30.00mL FeC1₃溶液．待測鈦液中TiOSO₄的物質的量濃度是1.5mol/L．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸混合，鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO₄，反應中無氣體生成，濃硫酸具有強氧化性，將+2價Fe具有還原性，則+2價Fe被濃硫酸氧化生成Fe³⁺，然后向混合物中加入水、鐵屑，發(fā)生反應2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，沉降過濾，濾液I中溶質為TiOSO₄和FeSO₄，將濾液冷卻結晶得到副產品甲和溶液II，根據流程圖中溶液II中含有TiOSO₄，則副產品甲為綠礬FeSO₄•7H₂O，先將溶液II中加入水并加熱，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，水解離子方程式為TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃↓+2H⁺，然后過濾回收硫酸，同時得到H₂TiO₃，煅燒H₂TiO₃，H₂TiO₃分解生成TiO₂和水，反應方程式為H₂TiO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂+H₂O，乙能和氯氣、C在高溫下發(fā)生氧化還原反應生成TiCl₄，則乙是TiO₂，反應方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，在高溫條件下，用Mg和四氯化鈦發(fā)生置換反應生成Ti，反應方程式為2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，據此分析解答．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸混合，鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TiOSO₄，反應中無氣體生成，濃硫酸具有強氧化性，+2價Fe具有還原性，則+2價Fe被濃硫酸氧化生成Fe³⁺，然后向混合物中加入水、鐵屑，發(fā)生反應2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，沉降過濾，濾液I中溶質為TiOSO₄和FeSO₄，將濾液冷卻結晶得到副產品甲和溶液II，根據流程圖中溶液II中含有TiOSO₄，則副產品甲為綠礬FeSO₄•7H₂O，先將溶液II中加入水并加熱，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，水解離子方程式為TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃↓+2H⁺，然后過濾回收硫酸，同時得到H₂TiO₃，煅燒H₂TiO₃，H₂TiO₃分解生成TiO₂和水，反應方程式為H₂TiO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂+H₂O，乙能和氯氣、C在高溫下發(fā)生氧化還原反應生成TiCl₄，則乙是TiO₂，反應方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，在高溫條件下，用Mg和四氯化鈦發(fā)生置換反應生成Ti，反應方程式為2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，
（1）通過以上分析知，副產品甲是FeSO₄•7H₂O，如果FeSO₄•7H₂O變質則生成鐵鹽，可以用KSCN溶液檢驗鐵離子，其檢驗方法是：取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠�紅色，如果變?yōu)檠�紅色就說明變質，否則不變質，
故答案為：取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠�紅色，如果變?yōu)檠�紅色就說明變質，否則不變質；
（2）加入鐵屑的目的是除去鐵離子且防止亞鐵離子被氧化，故答案為：除去鐵離子且防止亞鐵離子被氧化；
（3）通過以上分析知，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃的離子方程式為TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃↓+2H⁺，故答案為：TiO²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂TiO₃↓+2H⁺；
（4）為防止碳與氧氣反應，應可絕空氣加熱，故答案為：隔絕空氣；
（5）金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息知鈦的化學活性很小，僅能與氧氣等幾種物質起反應，可用鹽酸除雜，故答案為：稀鹽酸；
（6）若對溶液I先進行加熱后冷卻結晶，TiOSO₄發(fā)生水解產生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產率下降，
故答案為：TiOSO₄發(fā)生水解產生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產率下降；
（7）酸性溶液只能用酸式滴定管盛放，氯化鐵是強酸弱堿鹽，其溶液呈酸性，所以氯化鐵溶液用酸式滴定管盛放；
鐵離子和鈦離子發(fā)生的反應為：Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺，結合方程式3 TiO²⁺+Al+6H⁺=3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O得TiO²⁺和Fe³⁺的關系式為TiO²⁺----Fe³⁺，
設待測鈦液中TiOSO₄的物質的量濃度是xmol/L，
TiO²⁺----Fe³⁺
1       1
（0.01x×$\frac{1}{5}$）mol （0.1000×0.03）mol
1：1=（0.01x×$\frac{1}{5}$）mol：（0.1000×0.03）mol
x=$\frac{（0.1000×0.03）mol×1}{（0.01×\frac{1}{5}）mol×1}$=1.5，
故答案為：酸式滴定管；1.5mol/L．

點評 本題考查物質的制備實驗方案設計，為高考高頻點，側重考查學生對知識的應用、基本實驗操作能力、計算能力等，明確實驗原理及基本操作規(guī)范性是解本題關鍵，能從整體上分析把握，知道每一步發(fā)生的反應及操作方法，題目難度中等．