Question

金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀等性质被广泛用在高新科技材料和航天领域中．“硫酸法”生产钛的原料是钛铁矿（主要成分是：FeTiO₃，还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素及脉石等杂质）；主要生产流程如下：
已知反应：①将钛铁矿与浓H₂SO₄煮解：FeTiO₃+2H₂SO₄（浓）

△   .

TiOSO₄（硫酸氧钛）+FeSO₄+2H₂O．②加水分解硫酸氧钛：TiOSO₄+（n+1）H₂O═TiO₂?nH₂O+H₂SO₄．请回答下列问题：
（1）副产品甲是

 

，可循环利用的物质是

 

．
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是

 

．
（3）写出中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应的方程式为：

 

．
（4）最近，用熔融法直接电解中间产品乙制取金属钛获得成功．写出电解乙制取金属钛的化学方程式

 

．
（5）“硫酸法”生产钛排放的废液对水体有哪些污染，请指出主要的两点：①

 

；②

 

．
③根据废液的主要成分，针对其中一项污染，提出处理的方法：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：由流程可知，钛铁矿（主要成分是：FeTiO₃，还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素及脉石等杂质）中加入浓硫酸，FeTiO₃发生反应：FeTiO₃+2H₂SO₄（浓）

△   .

TiOSO₄（硫酸氧钛）+FeSO₄+2H₂O，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，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成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）根据流程可知副产品甲为FeSO₄?7H₂O，可循环利用的物质是硫酸；
（2）铁能够与铁离子反应，加入铁粉可防止铁离子氧化；
（3）乙为TiO₂，反应物为乙为TiO₂、氯气、C，反应产物为四氯化钛和CO，反应条件为高温，据此写出反应的化学方程式；
（4）乙为TiO₂，电解TiO₂生成金属钛和氧气；
（5）“硫酸法”排放的废液为酸性，会产生酸污染；与Ti共存的其它重金属的废液对水体有污染，可以用熟石灰治理污染．

解答： 解：钛铁矿（主要成分是：FeTiO₃，还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素及脉石等杂质）中加入浓硫酸，FeTiO₃发生反应：FeTiO₃+2H₂SO₄（浓）

△   .

TiOSO₄（硫酸氧钛）+FeSO₄+2H₂O，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，溶液Ⅰ中含有FeSO₄和TiOSO₄，溶液Ⅱ主要含有TiOSO₄，加入水，加热可水解生成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）从流程图硫酸与过量的铁反应可知，副产品甲是FeSO₄?7H₂O，可循环利用的物质是硫酸，
故答案为：FeSO₄?7H₂O；硫酸；
（2）铁可与Fe³⁺反应生成Fe²⁺，加入铁屑，可防止Fe²⁺氧化，
故答案为：防止Fe²⁺氧化（成Fe³⁺）；
（3）中间产物乙为TiO₂，TiO₂与焦炭、氯气在高温下发生反应生成四氯化钛和一氧化碳，反应的方程式为：TiO₂+2Cl₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C

高温  .

TiCl₄+2CO；
（4）乙为TiO₂，电解乙制取金属钛的化学方程式为：TiO₂（熔融）

电解  .

Ti+O₂↑，
故答案为：TiO₂（熔融）

电解  .

Ti+O₂↑；
（5）①②“硫酸法”生产钛排放的废液为酸性，会产生酸污染，并且与Ti共存的其它重金属的废液对水体有污染，
故答案为：废液呈强酸性，污染水体；因废液中含有的Mn²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺等重金属离子排入水体中会造成水体污染，使水体生物绝迹；
③产生酸污染可以加入熟石灰中和，重金属离子污染可通过沉淀法除去，
故答案为：加入熟石灰．

点评：本题考查物质的制备实验方案的设计，题目难度中等，试题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，明确制备流程及反应原理为解答关键，注意把握实验的基本原理和常见物质的性质．