题目内容
【题目】钛合金在国防、医用器材领域有重要应用，某研究小组利用钛铁矿[主要成分偏钛酸亚铁(FeTiO3)，含SiO2、FeO 杂质]制取TiCl4，然后进一步制备金属钛，流程如下∶
已知∶
a.发生的主要反应方程式如下∶
FeTiO3+2H2SO4
TiOSO4+FeSO4+2H2O TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4
H2TiO3
TiO2+H2O
b.部分物质的性质∶
TiCl4 | SiCl4 | FeCl3 | TiO2 | |
沸点/°C | 136.4 | 57.6 | 315 | / |
其它性质 | 极易水解 | / | / | 不溶于水 |
请回答∶
(1)步骤II抽滤时选用了玻璃砂漏斗，请说明选择的理由______。
(2)步骤III为了除去浸取液中的铁元素杂质并回收FeSO47H2O。往浸取液中加入铁粉至溶液中的Fe3+完全转化，然后抽滤，滤液用冰盐水快速冷却至FeSO47H2O结晶析出，再次抽滤并洗涤。下列说法正确的是____。
A.杂质Fe3+可能是在实验过程中氧化生成的
B.再次抽滤获得的滤液中的溶质是TiOSO4和FeSO4
C.利用冰盐水快速冷却有利于形成较大的晶体颗粒
D.再次抽滤后的洗涤应选用蒸馏水进行多次洗涤
(3)步骤IV包括钛盐的水解、产物的分离和物质的转化。操作步骤如下∶取一部分步骤III获得的滤液→（________）→（________）→（________）→（_________）→抽滤得偏钛酸(H2TiO3)，将偏钛酸在坩埚中加热得到二氧化钛(TiO2)。
①将下列操作按合理顺序填入以上空格。
a.静置沉降后，用倾析法除去上层水；
b.逐滴加入到沸水中并不停搅拌，继续煮沸约10 min；
c.用热的稀硫酸洗涤沉淀2~3次，然后用热水洗涤沉淀；
d.慢慢加入其余全部滤液，继续煮沸约30 min (过程中适当补充水至原体积)；
②写出操作c中用热水洗涤沉淀的具体过程_____。
(4)①另一种生产TiCl4的方法是用天然TiO2晶体为原料，利用步骤V的反应原理获得TiCl4.。产品中含有SiCl4、FeCl3等杂质，可通过精馏的方法获得高纯TiCl4，以下说法正确的是______。
A.收集TiCl4时，仪器a中的温度应控制为136.4°C
B. b处温度计的水银球的上沿和支管口的下沿齐平
C.精馏结束时留在圆底烧瓶中的主要成分是FeCl3和Si
D.装置c中的冷凝水应该“下口进、上口出”
E.可以用水浴加热的方法精馏获得TiCl4
②d处装有碱石灰的干燥管，作用是________。
【答案】强酸性溶液会腐蚀滤纸 AB b d a c 向烧杯中注入热水，充分搅拌后使固体沉降，用倾析法将清液倒出，重复2~3次直至洗净。 BD 防止空气中的水蒸气进入装置。
【解析】
钛铁矿与浓硫酸加热条件下发生反应生成TiOSO4、FeSO4，发生反应为：FeTiO3+2H2SO4
TiOSO4+FeSO4+2H2O，用多次抽滤的方法将不溶于酸的杂质除去，抽滤过程中加入铁粉为保证Fe3+完全转化为Fe2+，滤液为TiOSO4和硫酸亚铁，加热条件下可使TiOSO4水解生成H2TiO3固体和硫酸，发生反应为：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4，得到的H2TiO3沉淀经过滤并洗涤、干燥、煅烧得到TiO2，TiO2与C、Cl2反应得到TiCl4，据此分析解答。
(1)钛铁矿石酸溶过程中使用的是浓硫酸，浓硫酸具有强酸性，会腐蚀滤纸，则步骤II抽滤时选用了玻璃砂漏斗；
(2)A．钛铁矿主要成分为偏钛酸亚铁(FeTiO3)，含SiO2、FeO杂质，铁元素都是以+2价形式存在，酸浸时发生反应为：FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O，使用浓硫酸具有强氧化性，可使钛铁矿石中的二价铁氧化为三价铁，则杂质Fe3+是在实验过程中氧化生成的，故A正确；
B．根据分析，再次抽滤过程中加入了铁粉，铁粉可将滤液中的三价铁还原为二价铁，则获得的滤液中的溶质是TiOSO4和FeSO4
C．利用冰盐水快速冷却的目的是降低FeSO47H2O的溶解度，使其从溶液中分离出来，故C错误；
D．为减少FeSO47H2O的溶解，再次抽滤后的洗涤应选用冰水进行多次洗涤，故D错误；
答案选AB。
(3)步骤IV包括钛盐的水解、产物的分离和物质的转化，主要目的是获得偏钛酸，将偏钛酸在坩埚中加热得到二氧化钛(TiO2)。操作步骤为∶取一部分步骤III获得的滤液，逐滴加入到沸水中并不停搅拌，继续煮沸约10 min，慢慢加入其余全部滤液，继续煮沸约30 min (过程中适当补充水至原体积)，静置沉降后，用倾析法除去上层水，用热的稀硫酸洗涤沉淀2~3次，然后用热水洗涤沉淀，经过抽滤得偏钛酸(H2TiO3)，将偏钛酸在坩埚中加热得到二氧化钛(TiO2)，则操作顺序为b、d、a、c；
②操作c中用热水洗涤沉淀的具体过程为：向烧杯中注入热水，充分搅拌后使固体沉降，用倾析法将清液倒出，重复2~3次直至洗净；
(4)①A．根据表格数据可知，SiCl4、FeCl3等杂质的沸点分别为57.6°C 、315°C，TiCl4的沸点为136.4°C，收集TiCl4时，仪器a中的温度应控制为低于315°C即可，故A错误；
B. b处温度计测量的是蒸馏出来的蒸汽的温度，则水银球的上沿和支管口的下沿平齐才能较为准确的测定蒸汽温度，控制蒸馏的温度，故B正确；
C．根据A选项分析可知，精馏结束时留在圆底烧瓶中的主要成分是FeCl3和SiCl4
D．冷凝水的方向应与蒸汽的流动方向相反，则装置c中的冷凝水应该“下口进、上口出”，故D正确；
E．TiCl4的沸点为136.4°C，用水浴加热的方法，温度最高为100度，达不到TiCl4的沸点，不能精馏获得TiCl4，故E错误；
答案选BD；
②根据题给信息，TiCl4极易水解，d处装有碱石灰的干燥管，作用是防止空气中的水蒸气进入装置，避免精馏获得TiCl4发生水解。
