Question

3．金属钛及钛的合金被认为是21世纪重要的金属材料．常温下钛不和非金属、强酸反应．TiO₂既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料．
（1）实验室利用反应TiO₂（s）+CCl₄（g）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$TiCl₄（g）+CO₂（g），在无水无氧条件下，制取TiCl₄实验装置示意图如图：

有关物质性质如表：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	-23	76	与TiCl4互溶
TiCl4	-25	136	遇潮湿空气产生白雾

①仪器A的名称是干燥管，装置E中的试剂是浓硫酸．
②欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是蒸馏．
（2）工业上可以由钛铁矿（FeTiO₃）（含Fe₂O₃等杂质）制备金属Ti．
工业制备过程由钛铁矿经过酸溶解、过滤以及后续一系列化学变化和物理变化，可以将不溶于水的H₂TiO₃从溶液中过滤出来，再对H₂TiO₃进行洗涤，最后对H₂TiO₃进行煅烧得到TiO₂，最终获得金属Ti．过程简化如下：

①水洗H₂TiO₃后，向洗涤液中加滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H₂O₂后出现微红色，说明H₂TiO₃中存在的杂质离子是Fe²⁺．
用离子方程式解释“出现微红色”的原因2Fe²⁺+H₂O₂+2H^+₌₂Fe³⁺+2H₂O，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃
②以TiO₂为原料制取金属钛的其中一步反应为TiO₂、氯气和焦炭反应生成TiCl₄，己知该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，则另一生成物为CO．
③用Mg还原TiCl₄制金属钛取过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气（或惰性气氛中）；
所得到的金属钛中混有少量杂质，可加入稀盐酸或稀硫酸溶解后除去．

Answer 1

分析 含有Fe₂O₃、SiO₂的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）加硫酸，溶解，过滤，滤液中含有FeSO₄（aq）、TiOSO₄（aq）和Fe₂（SO₄）₃（aq），加铁粉，把三价铁离子还原为亚铁离子，降温结晶过滤，得到绿矾即硫酸亚铁晶体，滤液为TiOSO₄（aq），滤液加热，使TiOSO₄水解生成H₂TiO₃固体，洗涤、干燥、煅烧得到TiO₂，在一定条件下，将TiO₂还原生成Ti，据此分析解答．
（1）①仪器A是干燥管，因为TiCl₄遇到水蒸气会水解，所以E中可以用浓硫酸来隔离空气；
②分离两种沸点不同的液体混合物应该用蒸馏；D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，分离互溶的液体采取蒸馏方法；
（2）①根据亚铁离子的检验操作和现象分析；铁离子和KSCN反应生成血红色溶液，亚铁离子和KSCN不反应，双氧水具有氧化性，能氧化亚铁离子；
②反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，根据电子转移守恒计算碳元素在产物中化合价，据此结合元素守恒判断；
③为防止碳与氧气反应，应可绝空气加热（或惰性气氛中）；金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，可用稀盐酸或稀硫酸除杂．

解答 解：（1）①仪器A是干燥管，因为TiCl₄遇到水蒸气会水解，所以E中可以用浓硫酸来隔离空气中的水蒸汽，
故答案为：干燥管；浓硫酸；
②D中的液态混合物为TiCl₄与未反应的CCl₄，二者互溶，但CCl₄和TiCl₄是两种沸点差异较大的液体混合物，应该用蒸馏进行分离，
故答案为：蒸馏；
（2）①取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，说明没有Fe³⁺，再加H₂O₂后出现红色，说明有Fe³⁺，则原来含有Fe²⁺，加H₂O₂后Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H^+₌₂Fe³⁺+2H₂O，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃，
故答案为：Fe²⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H^+₌₂Fe³⁺+2H₂O，Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃；
②反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，令碳元素在产物中等化合价为a，则a=2×[0-（-1）]，故a=2，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，结合元素守恒可知，TiO₂、Cl₂、C、TiCl₄的系数分别为1、2、2、1，所以未知物中含有C原子与O原子，碳元素化合价为+2，故为CO，
故答案为：CO；
③为防止碳与氧气反应，应可绝空气加热（或惰性气氛中）；金属钛中混有少量杂质镁，由题给信息知钛的化学活性很小，仅能与氧气等几种物质起反应，可用稀盐酸或稀硫酸除杂，
故答案为：隔绝空气（或惰性气氛中）； 稀盐酸或稀硫酸．

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．