Question

6．金屬鈦（Ti）因其硬度大、熔點(diǎn)高、常溫時(shí)耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽(yù)為“未來(lái)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(shí)獲得副產(chǎn)品甲的工業(yè)生產(chǎn)流程如下：
回答下列問(wèn)題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，反應(yīng)中無(wú)氣體生成，檢驗(yàn)副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法是可取副產(chǎn)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(shuō)明變質(zhì)，否則不變質(zhì)．
（2）上述生產(chǎn)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(guò)程中必須在1070K的溫度下進(jìn)行，你認(rèn)為還應(yīng)該控制的反應(yīng)條件是隔絕空氣．
（5）上述生產(chǎn)流程中所得到的金屬鈦中混有少量雜質(zhì)，可加入稀鹽酸溶解后除去．
（6）若對(duì)溶液Ⅰ先進(jìn)行加熱后冷卻結(jié)晶，可能產(chǎn)生的后果是TiOSO₄發(fā)生水解產(chǎn)生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產(chǎn)率下降．
（7）為測(cè)定溶液Ⅱ中TiOSO₄的含量，首先取待測(cè)鈦液10mL用水稀釋至100mL，加過(guò)量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)：3TiO²⁺+Al+6H⁺=3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O．過(guò)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(dāng)溶液出現(xiàn)紅色達(dá)到滴定終點(diǎn)，用去了30.00mL FeC1₃溶液．待測(cè)鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)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(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，反應(yīng)中無(wú)氣體生成，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，將+2價(jià)Fe具有還原性，則+2價(jià)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(yīng)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，沉降過(guò)濾，濾液I中溶質(zhì)為TiOSO₄和FeSO₄，將濾液冷卻結(jié)晶得到副產(chǎn)品甲和溶液II，根據(jù)流程圖中溶液II中含有TiOSO₄，則副產(chǎn)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(guò)濾回收硫酸，同時(shí)得到H₂TiO₃，煅燒H₂TiO₃，H₂TiO₃分解生成TiO₂和水，反應(yīng)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(yīng)生成TiCl₄，則乙是TiO₂，反應(yīng)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(yīng)生成Ti，反應(yīng)方程式為2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，據(jù)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(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，反應(yīng)中無(wú)氣體生成，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，+2價(jià)Fe具有還原性，則+2價(jià)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(yīng)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，沉降過(guò)濾，濾液I中溶質(zhì)為TiOSO₄和FeSO₄，將濾液冷卻結(jié)晶得到副產(chǎn)品甲和溶液II，根據(jù)流程圖中溶液II中含有TiOSO₄，則副產(chǎn)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(guò)濾回收硫酸，同時(shí)得到H₂TiO₃，煅燒H₂TiO₃，H₂TiO₃分解生成TiO₂和水，反應(yīng)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(yīng)生成TiCl₄，則乙是TiO₂，反應(yīng)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(yīng)生成Ti，反應(yīng)方程式為2Mg+TiCl₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂，
（1）通過(guò)以上分析知，副產(chǎn)品甲是FeSO₄•7H₂O，如果FeSO₄•7H₂O變質(zhì)則生成鐵鹽，可以用KSCN溶液檢驗(yàn)鐵離子，其檢驗(yàn)方法是：取副產(chǎn)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(shuō)明變質(zhì)，否則不變質(zhì)，
故答案為：取副產(chǎn)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(shuō)明變質(zhì)，否則不變質(zhì)；
（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(guò)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(yīng)，應(yīng)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(zhì)鎂，由題給信息知鈦的化學(xué)活性很小，僅能與氧氣等幾種物質(zhì)起反應(yīng)，可用鹽酸除雜，故答案為：稀鹽酸；
（6）若對(duì)溶液I先進(jìn)行加熱后冷卻結(jié)晶，TiOSO₄發(fā)生水解產(chǎn)生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產(chǎn)率下降，
故答案為：TiOSO₄發(fā)生水解產(chǎn)生鈦酸沉淀隨綠礬析出，綠礬純度下降，造成金屬鈦產(chǎn)率下降；
（7）酸性溶液只能用酸式滴定管盛放，氯化鐵是強(qiáng)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(yīng)為：Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無(wú)色）+Fe²⁺+2H⁺，結(jié)合方程式3 TiO²⁺+Al+6H⁺=3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O得TiO²⁺和Fe³⁺的關(guān)系式為TiO²⁺----Fe³⁺，
設(shè)待測(cè)鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)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(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高考高頻點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用、基本實(shí)驗(yàn)操作能力、計(jì)算能力等，明確實(shí)驗(yàn)原理及基本操作規(guī)范性是解本題關(guān)鍵，能從整體上分析把握，知道每一步發(fā)生的反應(yīng)及操作方法，題目難度中等．