Question

10．工业上常用Na制备钛、钽、铌、锆等．如制钛，常有如下操作步骤，请完成其中的问题：
（1）用90%浓H₂SO₄溶解钛铁矿（FeTiO₃），反应方程式为、：
FeTiO₃+3H₂SO₄═FeSO₄+Ti（SO₄）₂+3H₂O
在除去不溶性杂质后，结晶析出FeSO₄•7H₂O时，为保持较高的酸度不能加水，其原因可能为BC．
A．防止Fe²⁺被氧化
B．防止Ti（SO₄）₂水解
C．减少FeSO₄•7H₂O的溶解量
D．减少Ti（SO₄）₂的溶解量
（2）在除去杂质后，又需加大量水稀释以降低酸度，同时加热以生成TiO（OH）₂沉淀，过滤，将TiO（OH）₂热分解即得钛白粉（TiO₂）．除杂后加水稀释和加热的目的是促进Ti（SO₄）₂水解． 
（3）在高温HCl气流中，TiO₂可转化为TiCl₄，反应方程式为TiO₂+4HCl$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2H₂O．
（4）将TiCl₄与Na共熔即得Ti，反应方程式为TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Ti+4NaCl，若用TiCl₄溶液与Na反应制Ti，则不能达到预期目的，原因是钠与TiCl₄溶液反应时，钠首先与溶液中的水反应生成NaOH和氢气，不能达到预期目的．

Answer 1

分析 （1）制钛，在溶解钛铁矿后，最后是Ti（SO₄）₂的溶液，为了保持较高的酸度不能加水，显然是为了防止Ti（SO₄）₂水解，减少FeSO₄•7H₂O的溶解量．A．水无氧化性；B．防止Ti（SO₄）₂水解而被过滤掉；C．减少FeSO₄•7H₂O的溶解量，保证溶液中尽可能不含亚铁离子；D．加水不会减少Ti（SO₄）₂的溶解量；
（2）第二步中加水稀释，又加热，这样是促进Ti（SO₄）₂水解而制得TiO（OH）₂沉淀，进而制TiO₂，最后制得TiCl₄；
（3）在高温HCl气流中，TiO₂可转化为TiCl₄，为TiO₂与氯化氢反应生成四氯化钛和水；
（4）钠的金属活动性强于钛，TiCl₄与Na共熔发生置换反应，生成Ti，若用TiCl₄溶液与Na反应制Ti，钠首先与溶液中的水反应，不能反应制Ti．

解答 解：（1）在除去不溶性杂质后，结晶析出FeSO₄•7H₂O时，为保持较高的酸度不能加水，操作的目的为是通过结晶除去亚铁离子，防止Ti（SO₄）₂水解被过滤掉．
A．保持较高的酸度，不能防止Fe²⁺被氧化，水无氧化性加水与防止Fe²⁺被氧化无关，故A错误；
B．Ti（SO₄）₂为强酸弱碱盐，保持较高的酸度，可防止Ti（SO₄）₂水解，故B正确；
C．固体通常随溶剂的增加，溶解的溶质的质量在增加，加水能增加FeSO₄•7H₂O的溶解量，不加水可减少FeSO₄•7H₂O的溶解量，故C正确；
D．此时Ti（SO₄）₂的在溶液中，减少加水量与其溶解量无关，故D错误；
故答案为：BC；
（2）Ti（SO₄）₂为强酸弱碱盐，水解呈酸性，加大量水稀释以降低酸度，促进其水解，同时加热以生成更多的TiO（OH）₂沉淀，将TiO（OH）₂热分解即得钛白粉（TiO₂），
故答案为：促进Ti（SO₄）₂水解；
（3）在高温HCl气流中，TiO₂可转化为TiCl₄，在高温的条件下，TiO₂与氯化氢反应：TiO₂+4HCl$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2H₂O，
故答案为：TiO₂+4HCl$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2H₂O；
（4）钠的金属活动性强于钛，TiCl₄与Na共熔发生：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Ti+4NaCl，钠为活泼金属，能和水发生置换反应，反应为：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，若用TiCl₄溶液与Na反应制Ti，钠首先与溶液中的水反应生成NaOH和氢气，不能达到预期目的，
故答案为：TiCl₄+4Na$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Ti+4NaCl；钠与TiCl₄溶液反应时，钠首先与溶液中的水反应生成NaOH和氢气，不能达到预期目的．

点评 本题考查以钛铁矿为主要原料冶炼金属钛工艺流程，注意分析流程各反应物的转化是解答的关键，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力．