题目内容

19．钛被称为“二十一世纪金属”，工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下：

已知：钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水会水解．
请回答下列问题：
（1）操作1用到的玻璃仪器除烧杯外还有漏斗、玻璃棒，操作2是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，副产品主要成分的化学式为FeSO4．
（2）请结合化学用语解释将TiO2+转化为H2TiO3的原理溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+，当加热升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3．
（3）已知钛的还原性介于铝与锌之间，估计钛能耐腐蚀的原因之一是钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）．如果可从Na、Zn、Fe三种金属中选一种金属代替流程中的镁，那么该金属跟四氯化钛反应的化学方程式是TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+4NaCl．
（4）电解TiO2来获得Ti是以TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解质，用碳块作电解槽，其阴极反应的电极反应式是TiO2 +4e-=Ti+2O2-．
（5）为测定溶液中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，向其中滴加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-1 FeCl3溶液，发生Ti3++Fe3+═Ti4++Fe2+．当溶液出现红色达到滴定终点，用去了30.00mL FeCl3溶液．待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是1.5 mol•L-1．

分析 用浓硫酸处理钛铁矿，钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到TiO2+滤液，和副产品FeSO4，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）操作1是分离不溶的固体与液体；操作2经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到TiO2+滤液和副产品FeSO4；
（2）溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+，平衡影响因素和平衡移动原理分析判断；
（3）根据金属铝的氧化物的性质结合信息来回答，金属钠的活泼性强，可以用于金属的冶炼；
（4）阴极上发生还原反应，是TiO2获得电子生成Ti与O2-；
（5）氯化铁溶液具有氧化性，且其溶液呈酸性，应盛放在酸式滴定管中；
根据关系式TiOSO4～Ti3+～Fe3+计算．

解答 解：用浓硫酸处理钛铁矿，钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到TiO2+滤液，和副产品FeSO4，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）操作1为过滤用到的玻璃仪器除烧杯外还有漏斗、玻璃棒，操作2的实验步骤为：蒸发浓缩、冷却结晶，加入过量铁屑后溶液中含有Fe2+离子，则过滤后可得FeSO4•7H2O（或FeSO4），副产品主要成分的化学式为FeSO4，
故答案为：漏斗、玻璃棒；蒸发浓缩、冷却结晶；FeSO4；
（2）加热的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3，分离出固体加热得到TiO2，溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+，当加热升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3；
故答案为：溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+，当加热升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3；
（3）钛的还原性介于铝与锌之间，氧化铝是一层致密的氧化膜，估计钛能耐腐蚀的原因钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）；活泼金属钠可以将金属钛置换出来：TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活泼性差，
故答案为：钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）；TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ti+4NaCl；
（4）因TiO2作阴极，得到电子，被还原得到单质Ti，阴极电极反应式为：TiO2 +4e-=Ti+2O2-，
故答案为：TiO2 +4e-=Ti+2O2-；
（5）准确滴加氯化铁溶液可使用滴定管，氯化铁有较强的氧化性，且其溶液呈酸性，应用酸式滴定管；
设待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是c mol/L，则：
              TiOSO4～Ti3+～Fe3+
                1            1
0.01L×c mol/L×$\frac{20mL}{100mL}$      0.1000mol•L-1×0.03L
所以 0.1L×c mol/L×$\frac{20mL}{100mL}$=0.1000mol•L-1×0.03L
解得c=1.5
故答案为：酸式滴定管；1.5 mol•L-1．

点评 本题考查物质准备工艺流程，涉及物质的分离提纯、对操作与原理的分析评价、电解原理应用、氧化还原反应滴定等，侧重考查学生的阅读获取信息、分析解决问题的能力，是对学生综合能力的考查，题目难度较大．

练习册系列答案
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15．能源问题是当今世界上困扰人类发展的重大问题之一，而太阳能资源却非常丰富，开发和利用太阳能将大大缓解能源供需矛盾．下列说法不正确的是（　　）
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B．集热技术是将太阳能转化为热能
C．光-热转化是目前技术最成熟、成本最低廉、应用最广泛的利用太阳能形式
D．化石燃料蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能
10．某无色溶液中可能含有Na+、K+、Fe3+、Cu2+、SO42-、SO32-、CO32-、Cl-、Br-这几种离子中的若干种，依次进行下列实验，观察到的现象记录如下：
①pH试纸检验，溶液的pH＞7．
②取少量原溶液，向溶液中加入过量的BaCl2和盐酸的混合溶液，无白色沉淀生成．
③另取少量原溶液，向溶液中滴加足量氯水，无气体产生，再加入CCl4振荡，静置后CCl4层呈橙色，用分液漏斗分液．
④向分液后的水溶液中加入Ba（NO3）2和HNO3溶液，有白色沉淀产生，过滤．
⑤在滤液中加入AgNO3和HNO3的混合溶液有白色沉淀产生．
则关于原溶液的判断中不正确的是（　　）
A．肯定不存在的离子是Fe3+、Cu2+、SO42-、CO32-
B．肯定存在的离子是Na+、K+、SO32-、Br-、Cl-
C．无法确定原溶液中是否存在Cl-
D．若步骤 ④改用BaCl2和盐酸的混合溶液，则对溶液中离子的判断无影响
7．下列实验操作或记录正确的是（　　）
A．用量筒测得排水法收集制得的氢气体积为5.28 mL
B．用两只250 mL的容量瓶配制0.1mol/L 500 mL的NaOH溶液
C．用托盘天平称得2.50g胆矾，受热充分失水后，固体质量减轻0.90g
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14．某有机物A是芳香烃的含氧衍生物，其相对分子质量不超过130，A中含氧的质量为25.8%，该有机物的分子式为C7H8O2，若A苯环上的一氯代物有两种，则A有4种同分异构体，若1molA与足量的NaOH溶液反应，消耗1molNaOH，则该有机物与足量的浓溴水反应的化学方程式为．
11．以炼锌烟尘（主要成份为ZnO，含少量CuO和FeO）为原料，可以制取氯化锌和金属锌．
Ⅰ．制取氯化锌主要工艺如下：
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算）．
金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Zn2+5.98.9
Fe2+5.88.8
回答下列问题：
（1）为了加快反应，“酸溶”需要适当加热，但是温度不宜太高，原因是防止金属离子水解形成沉淀，以及温度过高H2O2发生分解．
（2）沉淀A的化学式为Cu．
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