Question

钛（Ti）被你为继铁、铝之后的第三金属，我国的钛铁矿储量居世界首位．工业上由钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，杂质成分为FeO、Fe₂O₃、SiO₂等）制备Ti的有关反应包括：
酸溶FeTiO₃（s）+2H₂SO₄（aq）═FeSO₄（aq）+TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）
水解TiOSO₄（aq）+2H₂O（l）

90℃  .

H₂TiO₃（s）+H₂SO₄（aq）
汽化TiO₂（s）+2CCl₄（g）

△   .

TiCl₄（g）+CO₂（g）
还原TiCl₄（g）+2Mg（g）

△   .

Ti（s）+2MgCl₂（g）
简要工艺流程示意图如下：

注意：CCl₄有毒，TiCl₄遇潮湿空气产生白雾，Ti是活泼金属，在高温条件下，能与空气中的O₂、N₂、CO₂等发生反应．
（1）钛液I中主要含TiO²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺等离子，往钛液I中加入试剂A为铁粉至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺═2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O；Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O═TiO²⁺（无色）+Fe³⁺+2H⁺．则铁粉的作用是

 

．
（2）钛液I需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品产率降低，原因是

 

．
（3）取少酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H₂O₂后出现微红色．这种H₂TiO₃即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO₂也会发黄，发黄的杂质是

 

（填化学式）．
（4）制备纳米TiO₂的方法之一是TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O经过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂．TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O的化学方程式为

 

；检验TiO₂?xH₂O中Cl^-是否被除净的方法是

 

．
（5）反应TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti在Ar气氛中进行的理由是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，说明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化为Ti³⁺；
（2）由于TiOSO₄容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO₄水解为固体H₂TiO₃；
（3）根据Fe²⁺的检验方法结合经加热后Fe²⁺氧化为Fe₂O₃；
（4）根据反应物和生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固体具有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净；
（5）Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应．

解答： 解：（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，说明浸出液中含有Ti³⁺，由方程式可知，Fe³⁺氧化为Ti³⁺，加入铁屑作还原剂，将Fe³⁺还原为Fe²⁺，防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺，故答案为：防止Ti³⁺被Fe³⁺氧化成TiO²⁺；
（2）由于TiOSO₄容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO₄水解为固体H₂TiO₃而经过滤进入FeSO₄?7H₂O中导致TiO₂产率降低，
故答案为：由于TiOSO₄容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO₄水解为固体H₂TiO₃而经过滤进入FeSO₄?7H₂O中导致TiO₂产率降低；
（3）先加KSCN溶液无现象，加H₂O₂后出现红色，说明存在Fe²⁺，经加热后Fe²⁺氧化为Fe₂O₃而使产品发黄，故答案为：Fe₂O₃；
（4）设TiCl₄的系数为1，根据元素守恒，TiO₂?xH₂O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H₂O的系数为（2+x）；溶液中生成TiO₂?xH₂O沉淀，固体具有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净，检验沉淀是否洗净的方法是，取少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在，
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂?xH₂O+4HCl；取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
（5）Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，
故答案为：防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

点评：本题以工业生产流程为背景材料的信息题，考查了化学基本理论和基础知识，题型比较新颖，属中等难度．流程类试题往往通过对某种重要化工产品的工业生产流程简图分析，考查应用化学反应原理、化学平衡原理、水解理论、物质制备和分离的知识、绿色化学以及以经济的视角分析实际生产中的各种问题的能力．分析流程题需要掌握的技巧是：浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）．每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？