Question

11．二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等，二氧化钛还可作为制备钛单质的原料．二氧化钛可由以下两种方法制备：
方法1：TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛．
①TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②检验TiO₂•x H₂O中Cl^-是否被除净的方法是取最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净．
方法2：可用含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）制取，其主要流程如图：
（1）甲溶液中除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有Fe³⁺、Fe²⁺．
（2）加Fe的作用是将Fe³⁺转化为Fe²⁺．
（3）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：
TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{800℃}$Ti
反应②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，该反应需要在Ar气氛中进行，请解释原因：防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 方法1．①加热条件下，四氯化钛水解生成TiO₂•xH₂O和HCl，升高温度促进四氯化钛水解和盐酸挥发；
②氯离子用硝酸酸化的硝酸银溶液检验；
方法2．钛铁矿和过量稀硫酸混合，FeTiO₃和稀硫酸反应生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化铁和稀硫酸反应生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，Fe将Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后过滤得到滤渣和滤液，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾和含有TiO²⁺溶液乙，通过一系列反应得到TiO₂；
（1）氧化铁和稀硫酸反应生成铁离子、铁离子和Fe反应生成亚铁离子；
（2）铁离子具有氧化性，能氧化铁生成亚铁离子；
（3）在800℃条件下，四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛，Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应．

解答 解：方法1．①加热条件下，四氯化钛水解生成TiO₂•xH₂O和HCl，升高温度促进四氯化钛水解和盐酸挥发，所以蒸干溶液时得到TiO₂•x H₂O，化学反应方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②氯离子用硝酸酸化的硝酸银溶液检验，其检验方法为取最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净，
故答案为：取最后一次洗涤液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
方法2．钛铁矿和过量稀硫酸混合，FeTiO₃和稀硫酸反应生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化铁和稀硫酸反应生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，Fe将Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后过滤得到滤渣和滤液，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶得到绿矾和含有TiO²⁺溶液乙，通过一系列反应得到TiO₂；
（1）氧化铁和稀硫酸反应生成铁离子、铁离子和Fe反应生成亚铁离子，所以甲溶液中还含有Fe³⁺、Fe²⁺，故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；
（2）铁离子具有氧化性，能氧化铁生成亚铁离子，同时将Fe³⁺转化为Fe²⁺，故答案为：将Fe³⁺转化为Fe²⁺；
（3）在800℃条件下，四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛，反应方程式为TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，故答案为：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，明确物质性质、物质分离和提纯方法是解本题关键，同时考查学生获取信息、运用信息解答问题能力，知道流程图中每一步发生的反应，题目难度不大．