题目内容

6．金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料，被誉为“未来金属”．以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如下：
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，检验副产品甲是否变质的实验方法是可取副产品甲少许溶于水，滴加适量KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，如果变为血红色就说明变质，否则不变质．
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是除去铁离子且防止亚铁离子被氧化．
（3）写出由TiO2+水解生成H2TiO3的离子方程式TiO2++2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H2TiO3↓+2H+，
（4）Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气．
（5）上述生产流程中所得到的金属钛中混有少量杂质，可加入稀盐酸溶解后除去．
（6）若对溶液Ⅰ先进行加热后冷却结晶，可能产生的后果是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．
（7）为测定溶液Ⅱ中TiOSO4的含量，首先取待测钛液10mL用水稀释至100mL，加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO2++Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O．过滤后，取出滤液20.00mL，在滤液中滴加2～3滴KSCN溶液作指示剂，用酸式滴定管（填一种玻璃仪器的名称）滴加0.1000mol．L-1FeCl3溶液，当溶液出现红色达到滴定终点，用去了30.00mL FeC13溶液．待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是1.5mol/L．

分析 钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，将+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，水解离子方程式为TiO2++2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H2TiO3↓+2H+，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，反应方程式为H2TiO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO2+H2O，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，反应方程式为TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti，反应方程式为2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2，据此分析解答．

解答 解：钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，水解离子方程式为TiO2++2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H2TiO3↓+2H+，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，反应方程式为H2TiO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO2+H2O，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，反应方程式为TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti，反应方程式为2Mg+TiCl4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+2MgCl2，
（1）通过以上分析知，副产品甲是FeSO4•7H2O，如果FeSO4•7H2O变质则生成铁盐，可以用KSCN溶液检验铁离子，其检验方法是：取副产品甲少许溶于水，滴加适量KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，如果变为血红色就说明变质，否则不变质，
故答案为：取副产品甲少许溶于水，滴加适量KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，如果变为血红色就说明变质，否则不变质；
（2）加入铁屑的目的是除去铁离子且防止亚铁离子被氧化，故答案为：除去铁离子且防止亚铁离子被氧化；
（3）通过以上分析知，TiO2+水解生成H2TiO3的离子方程式为TiO2++2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H2TiO3↓+2H+，故答案为：TiO2++2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H2TiO3↓+2H+；
（4）为防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，故答案为：隔绝空气；
（5）金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，可用盐酸除杂，故答案为：稀盐酸；
（6）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；
（7）酸性溶液只能用酸式滴定管盛放，氯化铁是强酸弱碱盐，其溶液呈酸性，所以氯化铁溶液用酸式滴定管盛放；
铁离子和钛离子发生的反应为：Ti3+（紫色）+Fe3++H2O=TiO2+（无色）+Fe2++2H+，结合方程式3 TiO2++Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O得TiO2+和Fe3+的关系式为TiO2+----Fe3+，
设待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是xmol/L，
TiO2+----Fe3+
1       1
（0.01x×$\frac{1}{5}$）mol （0.1000×0.03）mol
1：1=（0.01x×$\frac{1}{5}$）mol：（0.1000×0.03）mol
x=$\frac{（0.1000×0.03）mol×1}{（0.01×\frac{1}{5}）mol×1}$=1.5，
故答案为：酸式滴定管；1.5mol/L．

点评 本题考查物质的制备实验方案设计，为高考高频点，侧重考查学生对知识的应用、基本实验操作能力、计算能力等，明确实验原理及基本操作规范性是解本题关键，能从整体上分析把握，知道每一步发生的反应及操作方法，题目难度中等．

练习册系列答案
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