Question

15．金属钛的密度小，强度大，外观像钢，性质像铝，被誉为太空金属和未来钢铁．以钛．铁矿（主要成分为FeTiO₃，同时含有少量的Fe₂O₃、FeO等）为原料制TiO₂，再由TiO₂制金属Ti的工艺流程如下：

（1）在溶液中加入铁屑发生的主要离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）晶体A为FeSO₄•7H₂O，浊液需要冷却的原因为降低温度可减小的溶解度，便于结晶析出，方便分离出TiOSO₄溶液．
（3）TiOSO₄水解方程式为：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃↓+H₂SO₄，根据平衡移动原理，可采用加水、加碱等措施，以利于该反应顺利进行．
（4）TiO₂可与焦炭、氯气在1000～1100K温度下反应，该反应氧化剂与还原剂的物质的量相等，则反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
（5）工业上常用金属镁在1070K的高温和氩气氛围中还原TiC1₄的方法制备Ti，需要在氩气氛围中．进行的理由为防止钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应．

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，热过滤后得浊液中含有FeSO₄和TiOSO₄，经冷却再过滤，得晶体A为FeSO₄•7H₂O，滤液为TiOSO₄溶液，溶液发生水解生成H₂TiO₃，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，热过滤后得浊液中含有FeSO₄和TiOSO₄，经冷却再过滤，得晶体A为FeSO₄•7H₂O，滤液为TiOSO₄溶液，溶液发生水解生成H₂TiO₃，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）加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，发生的主要离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）根据上面的分析可知，晶体A为FeSO₄•7H₂O，浊液需要冷却的原因为降低温度可减小的溶解度，便于结晶析出，方便分离出TiOSO₄溶液，
故答案为：FeSO₄•7H₂O；降低温度可减小的溶解度，便于结晶析出，方便分离出TiOSO₄溶液；
（3）TiOSO₄水解方程式为：TiOSO₄+2H₂O?H₂TiO₃↓+H₂SO₄，根据平衡移动原理，可采用加水、加碱等措施，促使平衡正向移动，以利于该反应顺利进行，
故答案为：加水；加碱；
（4）TiO₂可与焦炭、氯气在1000～1100K温度下反应，该反应中氧化剂为氯气，还原剂为碳，若它们的物质的量相等，则反应的化学方程式为TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
（5）由于钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应，所以工业上常用金属镁还原TiC1₄的方法制备Ti，需要在氩气氛围中，防止钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应，
故答案为：防止钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应．

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．