Question

【題目】二氧化鈦廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質(zhì)的原料�，F(xiàn)在工業(yè)由以下兩種方法制備二氧化鈦：

方法1：可用含有Fe2O3、SiO2的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，其中Ti元素化合價(jià)為+4價(jià))制取，其主要工藝流程如下：

已知有關(guān)反應(yīng)包括：

酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)→FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)

水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)→H2TiO3(s)+H2SO4(aq)

(1)試劑A為____，鈦液Ⅰ需冷卻至70℃左右，若溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低，原因____；

(2)取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無(wú)明顯現(xiàn)象，再加H2O2后出現(xiàn)紅色，說(shuō)明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是__________。這種H2TiO3即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO2會(huì)略發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是_____________（填化學(xué)式）。

方法2：

Ⅰ．將干燥后的金紅石(主要成分TiO2，主要雜質(zhì)SiO2)與碳粉混合裝入氯化爐中，在高溫下通入Cl2反應(yīng)制得混有SiCl4雜質(zhì)的TiCl4；

II．將SiCl4分離，得到純凈的TiCl4；

III．在TiCl4中加水、加熱，水解得到沉淀TiO2·xH2O，洗滌和干燥；

IV．TiO2·xH2O高溫分解得到TiO2。

(1)TiCl4水解生成TiO2x H2O的化學(xué)方程式為____________________；

(2)檢驗(yàn)TiO2x H2O中Cl-是否被除凈的方法是____________________；金屬鈦被稱為“21世紀(jì)金屬”，工業(yè)制備金屬鈦是在800～900℃及惰性氣體的保護(hù)下，在密閉反應(yīng)器中，將TiCl4以一定的流速通入熔化的鎂即可。主要涉及以下反應(yīng)：

①TiO2+2Cl2+C→TiCl4+CO2

②TiCl4+2Mg → 2MgCl2+Ti

(3)下列推斷不合理的是________

A.鈦在高溫下可能易與氧氣反應(yīng)

B.鎂的熔點(diǎn)比鈦的熔點(diǎn)高

C.鈦的金屬活動(dòng)性比鎂的金屬活動(dòng)性強(qiáng)

D.反應(yīng)②產(chǎn)生的MgCl2可作為電解法制取鎂的原料

(4)請(qǐng)完成以TiO2、Cl2和焦炭為原料制取金屬Ti和Mg的流程圖，并用箭頭標(biāo)明物料循環(huán)。___________________

Answer 1

【答案】鐵粉 由于TiOSO4容易水解，若溫度過(guò)高，則會(huì)有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3而經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入FeSO4·7H2O中導(dǎo)致TiO2產(chǎn)率降低 Fe2+ Fe2O3 TiCl4+(2+x)H2OTiO2xH2O↓+4HCl 取少量水洗液，滴加硝酸酸化AgNO3溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明Cl-已除凈 BC

【解析】

含有Fe2O3、SiO2的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，其中Ti元素化合價(jià)為+4價(jià))加硫酸，在90℃溫度下，溶解，過(guò)濾，濾液中含有FeSO4(aq)、TiOSO4(aq)和Fe2(SO4)3(aq)，加鐵粉(試劑A)，把三價(jià)鐵離子還原為亞鐵離子，降溫到70℃，結(jié)晶過(guò)濾，得到硫酸亞鐵晶體，濾液為TiOSO4(aq)，濾液溫度升高到90℃，使TiOSO4水解生成H2TiO3固體，洗滌、干燥、煅燒得到TiO2。

(1)由流程可知Fe2(SO4)3與Fe粉反應(yīng)產(chǎn)生FeSO4(aq)，試劑A應(yīng)為鐵粉；由題中信息可知，TiOSO4容易水解，升高溫度促進(jìn)水解，若溫度過(guò)高，則會(huì)有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3而經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入FeSO47H2O中導(dǎo)致TiO2產(chǎn)率降低；

(2)取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無(wú)明顯現(xiàn)象，說(shuō)明沒(méi)有Fe3+，再加H2O2后出現(xiàn)紅色，說(shuō)明有Fe3+，則原來(lái)含有Fe2+，加H2O2后Fe2+被氧化為Fe3+；H2TiO3中的二價(jià)鐵易被氧化為三價(jià)鐵，煅燒時(shí)會(huì)生成Fe2O3，TiO2含有少量的Fe2O3會(huì)呈現(xiàn)黃色；

(1)設(shè)TiCl4的系數(shù)為1，根據(jù)元素守恒，TiO2xH2O的系數(shù)為1，HCl的系數(shù)為4；再根據(jù)O元素守恒，可知H2O的系數(shù)為(2+x)，方程式為TiCl4+(2+x)H2OTiO2xH2O↓+4HCl；

(2)沉淀吸附溶液中的Cl-，根據(jù)發(fā)生反應(yīng)：Cl-+Ag+=AgCl↓，可知檢驗(yàn)TiO2x H2O中Cl-是否被除凈的方法是：取最后一次的少量洗滌液，滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，不產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明Cl-已除凈；

(3)A. 工業(yè)制備金屬鈦是在800～900℃及惰性氣體的保護(hù)下，說(shuō)明鈦在高溫下可能易與氧氣反應(yīng)生成二氧化鈦，A正確；

B. 鎂易熔化熔點(diǎn)較低，鎂的熔點(diǎn)比鈦的熔點(diǎn)低，故B錯(cuò)誤；

C. 活潑性強(qiáng)的金屬能置換活潑性弱的金屬，Mg能置換Ti，說(shuō)明Mg比Ti活潑，C錯(cuò)誤；

D. 電解熔融的MgCl2能制取鎂，所以反應(yīng)②產(chǎn)生的MgCl2可作為電解法制取鎂的原料，故D正確；

故合理選項(xiàng)是BC；

(4)TiO2、Cl2和焦炭在高溫條件下生成TiCl4和CO2，再用Mg單質(zhì)置換TiCl4得到Ti和MgCl2，電解熔融的氯化鎂又能得到Mg和Cl2，則以TiO2、Cl2和焦炭為原料制取金屬Ti和Mg的流程圖為：。