Question

15．二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．
Ⅰ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．
（1）①TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②检验TiO₂•x H₂O中Cl^-是否被除净的方法是取少量最后一次水洗液，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，其主要流程如下：

（2）Fe₂O₃与H₂SO₄反应的离子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（3）甲溶液中除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有Fe³⁺、Fe²⁺．
（4）加Fe的作用是将Fe³⁺ 转化为Fe²⁺．
Ⅱ二氧化钛可用于制取钛单质
（5）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{Mg_{800}℃}$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 （1）①根据物质的性质和质量守恒定律书写化学方程式；
②检验沉淀是否洗净的方法是，取少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在氯离子；
方法二：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；
（2）碱性氧化物和酸反应生成盐和水；
（3）FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁，据此解答即可；
（4）铁有还原性，能还原铁离子；
（5）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：（1）①设TiCl₄的系数为1，根据元素守恒，TiO₂•xH₂O的系数为1，HCl的系数为4；再根据O元素守恒，可知H₂O的系数为（2+x），方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②沉淀吸附溶液中的Cl^-，根据发生反应：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的少量洗涤液，检验溶液中溶解的离子是否还存在，故答案为：取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
（2）氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水，离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（3）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，所以溶液中还存在的阳离子是Fe³⁺、Fe²⁺，故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；
（4）该溶液中含有铁离子，铁具有还原性，能将铁离子氧化生成亚铁离子且不引进新的杂质，所以铁的作用是：将Fe³⁺转化为Fe²⁺，故答案为：将Fe³⁺转化为Fe²⁺；
（5）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℃\;}}{\;}$2MgCl₂+TiMg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，故答案为：TiCl₄+2Mg$\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 本题考查学生对工艺流程理解、阅读题目获取信息能力、氧化还原反应及方程式的书写等，难度中等，理解工艺流程是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力．