Question

【题目】A部分：由锆英砂(ZrO2·SiO2，还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)制备ZrO2的流程如下：

已知：①ZrO2在强碱性溶液中以ZrO32-形式存在，在强酸性溶液中以ZrO2+形式存在。

②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

Mn+	Fe3+	Al3+	ZrO2+
开始沉淀时pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全时pH	3.8	5.6	8.0

(1)操作I所需要的玻璃仪器为___________，操作I除了得到溶液a还可得到_________。

(2)加氨水至溶液a中调节pH的的范围是________________。

(3)操作II会得到滤液b和滤渣II，滤渣II分离过程如下：

氧化物B的化学式为__________。若试剂X为盐酸，缺点是___________。

(4)操作III除得到Zr(OH)4外还得到某种溶液，向该溶液中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为_____________________________。

(5)加入氨水至溶液b发生的离子方程式为__________________________。

(6)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是______________。

B部分：钛精矿是从钛铁矿或钛磁铁矿中采选出来，主要成分为FeTiO3，是生产用途非常广泛的钛白粉的原料。以钛精矿石为原料制备金属钛的流程如下图所示(某些过滤过程已忽略)。已知强酸性溶液中，+4价的钛元素以TiO2+形式存在，金属钛不溶于稀非氧化性酸。回答下列问题：

(1)步骤②中加入铁屑的作用是__________________。

(2)晶体K俗称绿矾，晶体K的化学式为____________。

(3)试写出溶液C加热制备钛酸沉淀的化学方程式__________________________________。

(4)步骤⑥加入过量的活性炭，则发生的化学方程式为_______________，已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2为吸热反应，且该条件下反应也能够发生，为何制备TiCl4过程中还要加入活性炭，试解释原因_________________。

(5)气体F为氩气，F的作用是_____________________。

(6)溶液H是_________，作用为___________________________。

Answer 1

【答案】烧杯、漏斗、玻璃棒 H2SiO3 5.6~6.2 Al2O3 盐酸的量不易控制 2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+ 取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的AgNO3，未产生白色沉淀，则洗涤干净 防止Fe2+被氧化 FeSO4·7H2O TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4 TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO 活性炭与O2反应并放热，促进反应正向移动利于制备TiCl4 做保护气 稀盐酸 溶解MgCl2和未反应的Mg，过滤后提纯金属钛

【解析】

A部分： （1）从反应流程可知，操作I为过滤，所需要的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒；二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠，硅酸钠与盐酸反应生成了胶状沉淀硅酸，因此操作I除了得到溶液a还可得到H2SiO3；综上所述，本题答案是：烧杯、漏斗、玻璃棒，H2SiO3。

(2)加氨水的目的是除去溶液中的铁离子和铝离子，使两种离子变为沉淀，根据表格数据可知，当溶液a中调节pH的的范围是5.6~6.2之间时，即可实现目的；综上所述，本题答案是：5.6~6.2。

(3)滤渣II为氢氧化铁和氢氧化铝混合物，氢氧化铝能够与强碱反应生成偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液中加入过量的二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，加热氢氧化铝得到氧化铝固体；所以氧化物B的化学式为Al2O3；若试剂X为盐酸，盐酸适量，偏铝酸钠与盐酸反应产生氢氧化铝沉淀，盐酸过量，氢氧化铝沉淀溶解，因此使用盐酸制备氢氧化铝就需控制盐酸的使用量；综上所述，本题答案是：Al2O3；盐酸的量不易控制。

(4)根据流程分析可知，操作III除得到Zr(OH)4外还得到氯化铵溶液，氯化铵溶液水解显酸性，向该溶液中加入CaCO3粉末并加热，得到二氧化碳和氨气。该反应的离子方程式为2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O；综上所述，本题答案是：2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O。

(5) 强酸性溶液b中含有ZrO2+，该离子能够与氨水反应生成Zr(OH)4沉淀，离子方程式为：ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+；综上所述，本题答案是：ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+。

(6)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤附着的氯化铵溶液，是否洗涤干净，可用稀硝酸和硝酸银溶液检验洗涤液中是否存在氯离子；具体操作如下：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的AgNO3，未产生白色沉淀，则洗涤干净；综上所述，本题答案是：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的AgNO3，未产生白色沉淀，则洗涤干净。

B部分： (1) 钛精矿主要成分为FeTiO3，铁为+2价，固体产物A中溶于水后溶液中含有Fe2+，Fe2+易被氧化，因此步骤②中加入铁屑的作用是防止Fe2+被氧化；综上所述，本题答案是：防止Fe2+被氧化。

(2)晶体K俗称绿矾，它为带有7个结晶水的硫酸亚铁晶体，化学式为FeSO4·7H2O；综上所述，本题答案是：FeSO4·7H2O。

(3) C为TiOSO4溶液，加热后生成H2TiO3固体和H2SO4溶液，化学方程式：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4；综上所述，本题答案是：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4。

(4) 钛酸固体加热分解为TiO2，TiO2与氯气、活性炭反应生成四氯化钛，化学方程式为：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO；已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2为吸热反应，活性炭与O2反应并放热，有利于反应向右移动，提高了四氯化钛的产率；综上所述，本题答案是：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO；活性炭与O2反应并放热，促进反应正向移动利于制备TiCl4。

(5)气体F为氩气，性质稳定，做保护气；综上所述，本题答案是：做保护气。

(6) TiCl4与镁反应生成金属钛和氯化镁，金属钛不溶于稀非氧化性酸；所以H溶液可以选择稀盐酸，溶解MgCl2和未反应的Mg，过滤后提纯金属钛；综上所述，本题答案是：稀盐酸； 溶解MgCl2和未反应的Mg，过滤后提纯金属钛。