Question

15．二氧化钛是钛的重要化合物，钛白（纯净的二氧化钛）是一种折射率高、着色力和遮盖力强、化学性质稳定的白色颜料．
方法一：用TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，经过滤、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂．
请回答下问题：
（1）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O的化学方程式为TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O+4HCl．
（2）检验TiO₂•xH₂O中Cl^-是否被除净的方法是取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净．
（3）下列可用于测定TiO₂粒子大小的方法是d．
a．核磁共振法  b．红外光谱法  c．质谱法  d．透射电子显微镜法
方法二：钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质，由钛铁矿制取二氧化钛，常用硫酸法，其流程如下，
（1）钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO₄和FeSO₄，该反应的化学方程式为FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O．
（2）为提高“固体熔块”水浸取时的浸出率，除了采用循环浸取、延长时间外，适宜的条件还可以选择熔块粉碎（或连续搅拌、适当升高温度等）（任写一种）．
（3）浸取液与铁屑反应的离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；从滤液中获得晶体X的基本操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）取少量浸取液，滴加KSCN溶液后呈血红色，说明溶液中存在Fe³⁺离子（填离子符号），检验溶液中还存在Fe²⁺的方法是取少量溶液，滴加KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色褪去，则溶液中存在Fe²⁺（写明步骤、试剂和现象）．
（5）写出第③步反应化学方程式TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄．

Answer 1

分析 方法一：（1）根据反应物和生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；
（2）溶液中生成TiO₂•xH₂O沉淀，固体具有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净；
（3）核磁共振谱用于测有机物中含有多少种氢原子；红外光谱分析有机物含有何种化学键和官能团；质谱法常用于测有机物相对分子质量；透射电子显微镜可以观察到微粒的大小，依此来进行判断；
方法二：钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质，在343K-353K条件下钛铁矿和浓硫酸混合，发生的反应有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固体熔块，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，Fe³⁺能和Fe反应生成Fe²⁺，然后过滤，得到的晶体X成分为硫酸亚铁，TiOSO₄能发生水解反应生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高温煅烧得到TiO₂，
（1）钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO₄和FeSO₄，根据反应物和生成物书写方程式；
（2）为提高“固体熔块”水浸取时的浸出率，除了采用循环浸取、延长时间外，还可以采用升高温度、增大反应物接触面积、搅拌等方法；
（3）铁离子具有氧化性，能被Fe还原；从溶液中得到晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶方法；
（4）取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明含有Fe³⁺；Fe²⁺具有还原性，可以利用KMnO₄溶液检验；
（5）TiOSO₄能发生水解反应生成H₂TiO₃和H₂SO₄，根据反应物和生成物书写方程式．

解答 解：方法一：
（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），
故答案为：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O+4HCl；
（2）溶液中生成TiO₂•xH₂O沉淀，固体有较强的吸附能力，会吸附溶液中的Cl^-离子，可通过检验Cl^-离子的方法检验沉淀是否被洗净，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，
故答案为：取少量最后一次水洗液，滴加AgNO₃溶液，不产生白色沉淀，说明Cl^-已除净；
（3）核磁共振谱用于测有机物中含有多少种氢原子；红外光谱分析有机物含有何种化学键和官能团；质谱法常用于测有机物相对分子质量；透射电子显微镜可以观察到微粒的大小，
故答案为：d；
方法二：
钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有Fe₂O₃、SiO₂等杂质，在343K-353K条件下钛铁矿和浓硫酸混合，发生的反应有FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，得到固体熔块，然后用水浸取，浸取液中含有Fe³⁺，Fe³⁺能和Fe反应生成Fe²⁺，然后过滤，得到的晶体X成分为硫酸亚铁，TiOSO₄能发生水解反应生成H₂TiO₃和H₂SO₄，最后高温煅烧得到TiO₂，
（1）钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO₄和FeSO₄，根据反应物和生成物书写方程式为FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O，
故答案为：FeTiO₃+2H₂SO₄═FeSO₄+TiOSO₄+2H₂O；
（2）为提高“固体熔块”水浸取时的浸出率，除了采用循环浸取、延长时间外，还可以采用升高温度、增大反应物接触面积、搅拌等方法，即采用将熔块粉碎（或连续搅拌、适当升高温度等）方法，
故答案为：熔块粉碎（或连续搅拌、适当升高温度等）；
（3）铁离子具有氧化性，能被Fe还原，离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；从溶液中得到晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶方法，
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；蒸发浓缩；冷却结晶；
（4）Fe³⁺遇KSCN溶液变为血红色，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明含有Fe³⁺；Fe²⁺具有还原性，可以利用KMnO₄溶液检验，取少量溶液，滴加KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色褪去，
故答案为：Fe³⁺；取少量溶液，滴加KMnO₄溶液，KMnO₄溶液紫色褪去，则溶液中存在Fe²⁺；
（5）TiOSO₄能发生水解反应生成H₂TiO₃和H₂SO₄，方程式为TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄，故答案为：TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄．

点评 本题以物质分离和提纯和制备为载体考查化学工艺流程，涉及离子检验、化学方程式配平、沉淀的洗涤和溶液的配制、滴定操作等知识点，明确化学原理及物质性质是解本题关键，会从整体上分析解答，题目难度中等．