Question

金属钛（Ti）硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，被誉为“未来金属”．以钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁：FeTiO₃）为主要原料冶炼金属钛并获得副产品绿矾（FeSO₄?7H₂O）的工业生产流程如下：

请回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，反应中无气体生成．流程中加入Fe屑的目的是

 

．
（2）过滤需要用到的玻璃仪器有烧杯、

 

；对过滤后的钛酸沉淀进行洗涤，判断沉淀是否洗涤干净的操作及现象是

 

．
（3）对溶液Ⅱ进行加热，TiO²⁺发生水解生成钛酸，写出加热过程中发生的离子反应方程式

 

．
（4）若对溶液I先进行加热后冷却结晶，可能产生的后果是

 

．
（5）钛白粉与氯气、焦炭在高温下进行反应，还生成一种可燃性无色气体，写出该反应的化学方程式

 

，该工艺中，可以循环使用的物质为

 

（填化学式）．

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：钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成H₂TiO₃，经煅烧可生成TiO₂，用氯气、碳反应可生成TiCl₄，高温条件下与镁反应可生成Ti，以此解答该题．

解答： 解：钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成H₂TiO₃，经煅烧可生成TiO₂，用氯气、碳反应可生成TiCl₄，高温条件下与镁反应可生成Ti，
（1）铁可与Fe³⁺反应生成Fe²⁺，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，故答案为：防止Fe²⁺氧化（成Fe³⁺）；
（2）过滤需要用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒，沉淀表面吸附硫酸根离子，判断沉淀是否洗涤干净的操作及现象是取最后一次洗涤液，滴加少量BaCl₂溶液，若产生白色沉淀则未洗涤干净，若不产生白色沉淀，则洗涤干净，
故答案为：漏斗、玻璃棒；取最后一次洗涤液，滴加少量BaCl₂溶液，若产生白色沉淀则未洗涤干净，若不产生白色沉淀，则洗涤干净；
（3）对溶液Ⅱ进行加热，TiO²⁺发生水解生成钛酸，反应的离子方程式为TiO²⁺+2H₂O

△   .

H₂TiO₃↓+2H⁺，
故答案为：TiO²⁺+2H₂O

△   .

H₂TiO₃↓+2H⁺；
（4）若对溶液I先进行加热后冷却结晶，TiOSO₄发生水解产生钛酸沉淀随绿矾析出，绿矾纯度下降，造成金属钛产率下降，
故答案为：TiOSO₄发生水解产生钛酸沉淀随绿矾析出，绿矾纯度下降，造成金属钛产率下降；
（5）钛白粉与氯气、焦炭在高温下进行反应，还生成一种可燃性无色气体，应为CO，反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO，TiOSO₄发生水解生成硫酸，可以循环使用的物质为H₂SO₄，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO；H₂SO₄．

点评：本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．