Question

金属钛被称为“未来金属”，它具有硬度大，熔点高，耐腐蚀等特点．某工厂以钛铁矿（主要成分FeTiO3）为主要原料，冶炼金属Ti，其工业生产流程如图：

已知：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
回答下列问题：
（1）上述生产流程中加入铁屑的目的是

 

，检验副产品甲是否变质的实验方法是

 

．
（2）由溶液I获得甲晶体，需要经过

 

操作．除烧杯、漏斗外，过滤操作还要用到另一种玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是

 

．
（3）TiO₂变为TiCl₄的化学方程式

 

．但最近用熔融法直接电解中间产品乙制取金属钛获得成功，试比较用电解法生产钛比原工艺的优劣

 

．
（4）该工艺中消耗33.6LCl₂（标况），至少可得

 

克甲晶体．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：分析流程可知，钛铁矿（主要成分FeTiO₃）加入浓硫酸后加入水和铁粉还原铁离子沉降分离得到溶液Ⅰ，通过蒸发浓缩，冷却结晶过滤洗涤得到甲晶体硫酸亚铁晶体，和滤液Ⅱ，加入水稀释，加热过滤回收硫酸和钛酸，煅烧得到二氧化钛，与氯气和碳单质高温加热反应生成四氯化钛，加入镁还原得到钛；
（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化检验副产品甲是否变质是建议你是否含有铁离子，；
（2）由溶液I获得甲晶体的方法是蒸发冷却析出晶体；
（3）二氧化钛和碳、氯气反应生成四氯化钛和一氧化碳，电解熔融的二氧化钛可以得到金属钛，依据原子利用率、反应过程中的能耗分析判断；
（4）依据反应FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，TiO₂+2C+Cl₂=TiCL₄+2CO  的定量关系计算．

解答： 解：（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，亚铁离子易被氧化为铁离子，检验副产品甲是否变质，只要检验其中是否有铁离子即可，实验方法是：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，如果变血红色，证明已经变质，否则没变质，
故答案为：防止Fe²⁺氧化；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，如果变血红色，证明已经变质，否则没变质；
（2）由溶液I获得甲晶体，需要经过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到晶体，除烧杯、漏斗外，过滤操作还要用到另一种玻璃仪器为玻璃棒，玻璃棒在此操作中的主要作用引流作用；
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；玻璃棒，引流作用；
 （3）TiO₂变为TiCl₄的反应是二氧化钛和碳、氯气反应生成，反应的化学方程式为：TiO₂+2C+2Cl₂=

高温  .

TiCl₄+2CO；煅烧钛酸可以得到二氧化钛，电解熔融的二氧化钛可以得到金属钛，即TiO₂

通电  .

Ti+O₂↑，优点：工艺简便且原子利用率高，对环境无污染，缺点：耗能高，
故答案为：TiO₂+2C+Cl₂=

高温  .

TiCL₄+2CO，优点：工艺简便且原子利用率高，对环境无污染缺点：耗能高；
（4）该工艺中消耗33.6LCl₂（标况），物质的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，依据反应FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO，
得到FeSO₄?7H₂O～TiOSO₄～TiO₂～2Cl₂，
       1                       2
      0.75 mol                     1.5mol
晶体质量=0.75mol×278g/mol=208.5g；
故答案为：208.5g；

点评：本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．