Question

10．钛（Ti）因具有硬度大、熔点高、耐酸腐蚀等优点而被应用于航空、电子等领域，由钛铁矿（主要成分是FeTiO₃，钛酸亚铁）提取金属钛并获得副产品FeSO₄•7H₂O的工艺流程如图1：

（1）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO₄，常温下，该物质易溶于酸性溶液，在pH=0.5时开始转化为钛酸沉淀，则物质A是Fe（填化学式，下同），B是H₂O
（2）已知FeSO₄•7H₂O的溶解度曲线如图2所示，则步骤Ⅲ采用的操作是降温、结晶、过滤．
（3）工业上可通过下列反应由TiO₂制备金属Ti：
TiO₂+2C+2Cl₂   $\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$  TiCl₄+2CO
TiCl₄+2Mg $\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂
已知：常温下TiCl₄是一种极易水解的无色液体，沸点为136.4℃．
①从下列供选用的装置如图3中选择合适的装置制备TiCl₄，按气流方向连接起来：
A→E→B→F→D→C→G
②下列仪器中盛放的药品分别是：B浓H₂SO₄，GNaOH溶液．
③装置D中冷凝管的作用为冷凝产品得TiCl₄液体，冷凝管中水流方向为a进b出
（4）一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．称取TiO₂样品0.60g，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，则样品中TiO₂的质量分数是98%．

Answer 1

分析 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，所以物质A为Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，经过分离得硫酸亚铁晶体和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成H₂TiO₃，所以物质B为H₂O，经煅烧可生成TiO₂，用氯气、碳反应可生成TiCl₄，高温条件下与镁反应可生成Ti，以此解答该题．

解答 解：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，所以物质A为Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，经过分离得硫酸亚铁晶体和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成H₂TiO₃，所以物质B为H₂O，经煅烧可生成TiO₂，用氯气、碳反应可生成TiCl₄，高温条件下与镁反应可生成Ti，
（1）根据上面的分析可知，A为Fe，B为H₂O，
故答案为：Fe；H₂O；
（2）根据FeSO₄•7H₂O的溶解度曲线可知，硫酸亚铁的溶解度随温度的升高而增大，所以从溶液中分离出FeSO₄•7H₂O，可以通过降温、结晶、过滤的方法获得，
故答案为：降温、结晶、过滤；
（3）根据由TiO₂制备金属Ti的原理可知，先用浓盐酸与二氧化锰制得氯气，制得的氯气中有氯化氢、水等杂质，可以通过饱和食盐水和浓硫酸除去，再在管式电炉中生成四氯化钛，反应中有未反应的氯气，会污染空气，所以尾气要用氢氧化钠溶液吸收，为防止尾气吸收装置中的水分挥发到收集四氯化钛的容器中，在收集装置和尾气处理装置之间要加一个干燥装置，所以①装置按气流方向连接起来的顺序为A、E、B、F、D、C、G，②根据上面的分析可知，B中装浓H₂SO₄，G中装NaOH溶液，③装置D中冷凝管的作用为冷凝产品得TiCl₄液体，冷凝进采用逆流的冷凝效果比较好，所以冷凝管中水流方向为a进b 出，
故答案为：①E、B、F、D、G；②浓H₂SO₄；NaOH溶液；③冷凝产品得TiCl₄液体，a进b 出；
（4）根据电子得失守恒可知，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，Ti³⁺与NH₄Fe（SO₄）₂溶液反应时有关系式TiO₂～Ti³⁺～NH₄Fe（SO₄）₂，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，即NH₄Fe（SO₄）₂的物质的量为36.75×10^-3L×0.20mol•L^-1=7.35×10^-3mol，则TiO₂的物质的量为=7.35×10^-3mol，所以样品中TiO₂的质量分数是$\frac{7.35×10{\;}^{-3}×80}{0.60}$×100%=98%，
故答案为：98%．

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及计算能力的考查，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．