题目内容

5.金属钛(Ti)硬度大、熔点高、常温下耐酸碱腐蚀,被誉为“未来金属”.以钛铁矿[主要成分FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质]为主要原料冶炼金属钛并获得副产品绿矾(FeSO4•7H2O)的工业生产流程如图1:

(1)钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4,反应中无气体生成.试写出反应化学方程式:FeTiO3+H2SO4(浓)=TiOSO4+FeSO4+2H2O;
(2)已知:TiO2+易水解,只能存在于强酸性溶液中. 25℃时,难溶电解质溶解度(s)与pH关系如图2,TiO(OH)2溶度积Ksp=1×10-29,若溶液中残留c(TiO2+)=1.0×10-5 mol•L-1,则调节溶液pH至少为3;步骤Ⅲ加入铁屑原因是将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀.
(3)对溶液Ⅱ进行加热,同时加入Na2CO3粉末的作用加热促进TiO2++2H2O?TiO(OH)2+2H+ 右移,Na2CO3粉末消耗H+,促进TiO2+水解;
(4)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
TiO2+2Cl2+2C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ TiCl4+2CO,该生产流程工艺中,可以循环使用的物质为H2SO4(填化学式)
(5)Mg还原TiCl4反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物,可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti,依据下表信息,需加热的温度略高于1412℃即可.
TiCl4MgMgCl2Ti
熔点/℃-25.0648.87141667
沸点/℃136.4109014123287
(6)为了测定绿矾中所含结晶水个数,可取样品进行灼烧,在灼烧时需要仪器除了三脚架、坩埚、石棉网、坩埚钳、酒精喷灯外还需要泥三角、玻璃棒.(填仪器名称)

分析 钛铁矿用氢氧化钠溶液溶解,氧化铝、二氧化硅反应溶解,过滤得到钛铁矿精矿中主要含有FeTiO3、FeO,再用浓硫酸处理,得到强酸性溶液中含有TiOSO4、FeSO4及未反应的硫酸等,由图1可知TiO(OH)2与Fe(OH)3沉淀的pH很接近,所以加入铁粉目的是将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀,沉降分离得到溶液中主要含有Fe2+、TiO2+及硫酸根,再浓缩蒸发得到绿矾与溶液Ⅱ,溶液Ⅱ中含有TiOSO4,加入碳酸钠溶液,调节pH接近3,TiO(OH)2沉淀完全,再经过系列操作得到Ti.
(1)钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4,反应中无气体生成,依据氧化还原反应分析,应生成硫酸亚铁和水;
(2)步骤Ⅲ加入铁屑,将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀,调节pH接近3,TiO(OH)2沉淀完全;
(3)TiO2+易水解,只能存在于强酸性溶液中,所以TiO2+水解生成TiO(OH)2与H+;加入碳酸钠溶液,促进TiO2+水解,调节pH接近3,TiO(OH)2沉淀完全;
(4)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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO,TiOSO4发生水解生成硫酸;
(5)控制稳定使混合物中Mg、MgCl2转化为气态,而Ti不能转化为气态;
(6)灼烧固体物质一般使用(瓷)坩埚,而坩埚加热需要用泥三脚支撑然后放在三脚架上,三脚架下面放酒精灯,用玻璃棒搅拌防止局部受热固体飞溅;

解答 解:钛铁矿用氢氧化钠溶液溶解,氧化铝、二氧化硅反应溶解,过滤得到钛铁矿精矿中主要含有FeTiO3、FeO,再用浓硫酸处理,得到强酸性溶液中含有TiOSO4、FeSO4及未反应的硫酸等,由图1可知TiO(OH)2与Fe(OH)3沉淀的pH很接近,所以加入铁粉目的是将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀,沉降分离得到溶液中主要含有Fe2+、TiO2+及硫酸根,再浓缩蒸发得到绿矾与溶液Ⅱ,溶液Ⅱ中含有TiOSO4,加入碳酸钠溶液,调节pH接近3,TiO(OH)2沉淀完全,再经过系列操作得到Ti.
(1)钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4,反应中无气体生成,依据氧化还原反应分析,应生成硫酸亚铁和水,反应的化学方程式为:FeTiO3+H2SO4(浓)=TiOSO4+FeSO4+2H2O,
故答案为:FeTiO3+H2SO4(浓)=TiOSO4+FeSO4+2H2O;
(2)由图可知,pH=3时TiO(OH)2已沉淀完全,由图可知TiO(OH)2与Fe(OH)3沉淀的pH很接近,所以加入铁粉目的是将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀,
故答案为:3,将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀;
(3)水解过程是吸热反应,加热促进TiO2++2H2O?TiO(OH)2+2H+ 右移,TiO2+易水解,只能存在于强酸性溶液中,所以TiO2+水解生成TiO(OH)2与H+,离子方程式为:TiO2++2H2O?TiO(OH)2+2H+;加入碳酸钠溶液后得到TiO(OH)2沉淀,所以向溶液Ⅱ中加入Na2CO3粉末的作用是:调节溶液pH值,促进TiO2+水解,
故答案为:加热促进TiO2++2H2O?TiO(OH)2+2H+ 右移; Na2CO3粉末消耗H+,促进TiO2+水解;
(4)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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO;H2SO4
(5)Mg、MgCl2的沸点最高是1412℃,而Ti的熔点为1667℃,所以当温度略高于1412℃时Mg、MgCl2以气体的形式除去,而得到Ti,
故答案为:1412;
(6)灼烧固体物质一般使用(瓷)坩埚,而坩埚加热需要用泥三脚支撑然后放在三脚架上,三脚架下面放酒精灯,用玻璃棒搅拌防止局部受热固体飞溅,在灼烧时需要仪器除了三脚架、坩埚、石棉网、坩埚钳、酒精喷灯外还需要泥三角、玻璃棒,
故答案为:泥三角、玻璃棒.

点评 本题综合考查物质制备实验、物质分离提纯、对操作的分析评价、电解原理等,注意分析工艺流程中试剂线、原理线、操作线,要求学生具有一定分析和解决问题的能力,题目难度中等.

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