Question

【題目】鈦合金在國防、醫(yī)用器材領(lǐng)域有重要應(yīng)用，某研究小組利用鈦鐵礦[主要成分偏鈦酸亞鐵(FeTiO3)，含SiO2、FeO 雜質(zhì)]制取TiCl4，然后進一步制備金屬鈦，流程如下∶

已知∶

a.發(fā)生的主要反應(yīng)方程式如下∶

FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4

H2TiO3TiO2+H2O

b.部分物質(zhì)的性質(zhì)∶

	TiCl4	SiCl4	FeCl3	TiO2
沸點/°C	136.4	57.6	315	/
其它性質(zhì)	極易水解	/	/	不溶于水

請回答∶

(1)步驟II抽濾時選用了玻璃砂漏斗，請說明選擇的理由______。

(2)步驟III為了除去浸取液中的鐵元素雜質(zhì)并回收FeSO47H2O。往浸取液中加入鐵粉至溶液中的Fe3+完全轉(zhuǎn)化，然后抽濾，濾液用冰鹽水快速冷卻至FeSO47H2O結(jié)晶析出，再次抽濾并洗滌。下列說法正確的是____。

A.雜質(zhì)Fe3+可能是在實驗過程中氧化生成的

B.再次抽濾獲得的濾液中的溶質(zhì)是TiOSO4和FeSO4

C.利用冰鹽水快速冷卻有利于形成較大的晶體顆粒

D.再次抽濾后的洗滌應(yīng)選用蒸餾水進行多次洗滌

(3)步驟IV包括鈦鹽的水解、產(chǎn)物的分離和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。操作步驟如下∶取一部分步驟III獲得的濾液→（________）→（________）→（________）→（_________）→抽濾得偏鈦酸(H2TiO3)，將偏鈦酸在坩堝中加熱得到二氧化鈦(TiO2)。

①將下列操作按合理順序填入以上空格。

a.靜置沉降后，用傾析法除去上層水；

b.逐滴加入到沸水中并不停攪拌，繼續(xù)煮沸約10 min；

c.用熱的稀硫酸洗滌沉淀2~3次，然后用熱水洗滌沉淀；

d.慢慢加入其余全部濾液，繼續(xù)煮沸約30 min (過程中適當補充水至原體積)；

②寫出操作c中用熱水洗滌沉淀的具體過程_____。

(4)①另一種生產(chǎn)TiCl4的方法是用天然TiO2晶體為原料，利用步驟V的反應(yīng)原理獲得TiCl4.。產(chǎn)品中含有SiCl4、FeCl3等雜質(zhì)，可通過精餾的方法獲得高純TiCl4，以下說法正確的是______。

A.收集TiCl4時，儀器a中的溫度應(yīng)控制為136.4°C

B. b處溫度計的水銀球的上沿和支管口的下沿齊平

C.精餾結(jié)束時留在圓底燒瓶中的主要成分是FeCl3和Si

D.裝置c中的冷凝水應(yīng)該“下口進、上口出”

E.可以用水浴加熱的方法精餾獲得TiCl4

②d處裝有堿石灰的干燥管，作用是________。

Answer 1

【答案】強酸性溶液會腐蝕濾紙 AB b d a c 向燒杯中注入熱水，充分攪拌后使固體沉降，用傾析法將清液倒出，重復(fù)2~3次直至洗凈。 BD 防止空氣中的水蒸氣進入裝置。

【解析】

鈦鐵礦與濃硫酸加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成TiOSO4、FeSO4，發(fā)生反應(yīng)為：FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O，用多次抽濾的方法將不溶于酸的雜質(zhì)除去，抽濾過程中加入鐵粉為保證Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe2+，濾液為TiOSO4和硫酸亞鐵，加熱條件下可使TiOSO4水解生成H2TiO3固體和硫酸，發(fā)生反應(yīng)為：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4，得到的H2TiO3沉淀經(jīng)過濾并洗滌、干燥、煅燒得到TiO2，TiO2與C、Cl2反應(yīng)得到TiCl4，據(jù)此分析解答。

(1)鈦鐵礦石酸溶過程中使用的是濃硫酸，濃硫酸具有強酸性，會腐蝕濾紙，則步驟II抽濾時選用了玻璃砂漏斗；

(2)A．鈦鐵礦主要成分為偏鈦酸亞鐵(FeTiO3)，含SiO2、FeO雜質(zhì)，鐵元素都是以+2價形式存在，酸浸時發(fā)生反應(yīng)為：FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O，使用濃硫酸具有強氧化性，可使鈦鐵礦石中的二價鐵氧化為三價鐵，則雜質(zhì)Fe3+是在實驗過程中氧化生成的，故A正確；

B．根據(jù)分析，再次抽濾過程中加入了鐵粉，鐵粉可將濾液中的三價鐵還原為二價鐵，則獲得的濾液中的溶質(zhì)是TiOSO4和FeSO4

C．利用冰鹽水快速冷卻的目的是降低FeSO47H2O的溶解度，使其從溶液中分離出來，故C錯誤；

D．為減少FeSO47H2O的溶解，再次抽濾后的洗滌應(yīng)選用冰水進行多次洗滌，故D錯誤；

答案選AB。

(3)步驟IV包括鈦鹽的水解、產(chǎn)物的分離和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，主要目的是獲得偏鈦酸，將偏鈦酸在坩堝中加熱得到二氧化鈦(TiO2)。操作步驟為∶取一部分步驟III獲得的濾液，逐滴加入到沸水中并不停攪拌，繼續(xù)煮沸約10 min，慢慢加入其余全部濾液，繼續(xù)煮沸約30 min (過程中適當補充水至原體積)，靜置沉降后，用傾析法除去上層水，用熱的稀硫酸洗滌沉淀2~3次，然后用熱水洗滌沉淀，經(jīng)過抽濾得偏鈦酸(H2TiO3)，將偏鈦酸在坩堝中加熱得到二氧化鈦(TiO2)，則操作順序為b、d、a、c；

②操作c中用熱水洗滌沉淀的具體過程為：向燒杯中注入熱水，充分攪拌后使固體沉降，用傾析法將清液倒出，重復(fù)2~3次直至洗凈；

(4)①A．根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，SiCl4、FeCl3等雜質(zhì)的沸點分別為57.6°C 、315°C，TiCl4的沸點為136.4°C，收集TiCl4時，儀器a中的溫度應(yīng)控制為低于315°C即可，故A錯誤；

B. b處溫度計測量的是蒸餾出來的蒸汽的溫度，則水銀球的上沿和支管口的下沿平齊才能較為準確的測定蒸汽溫度，控制蒸餾的溫度，故B正確；

C．根據(jù)A選項分析可知，精餾結(jié)束時留在圓底燒瓶中的主要成分是FeCl3和SiCl4

D．冷凝水的方向應(yīng)與蒸汽的流動方向相反，則裝置c中的冷凝水應(yīng)該“下口進、上口出”，故D正確；

E．TiCl4的沸點為136.4°C，用水浴加熱的方法，溫度最高為100度，達不到TiCl4的沸點，不能精餾獲得TiCl4，故E錯誤；

答案選BD；

②根據(jù)題給信息，TiCl4極易水解，d處裝有堿石灰的干燥管，作用是防止空氣中的水蒸氣進入裝置，避免精餾獲得TiCl4發(fā)生水解。