Question

15．鈦是一種重要的金屬，以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），還含有少量Fe₂O₃]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示：

（1）鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（2）加入的物質(zhì)A為Fe．
（3）步驟Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；水解過(guò)程中需要升高溫度，其目的是：①加快反應(yīng)水解速率，②升溫促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，提高產(chǎn)率．
（4）由TiO₂獲得金屬Ti可用以下兩種方法．
①電解法：以石墨為陽(yáng)極，TiO₂為陰極，熔融CaO為電解質(zhì)，其陰極的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-．
②熱還原法：首先將TiO₂、氯氣和過(guò)量焦炭混合，高溫反應(yīng)生成TiCl₄；然后用Mg還原TiCl₄即可制取Ti．生成TiCl₄的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1；生成Ti的反應(yīng)需在Ar氣氛中，其原因?yàn)榉乐垢邷叵翸g（或Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)．

Answer 1

分析 鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，加入A后制備FeSO₄，則A為鐵粉，用于還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到FeSO₄•7H₂O晶體和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺經(jīng)過(guò)水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅燒得TiO₂，將TiO₂還原可得Ti，以此解答該題．

解答 解：根據(jù)題中流程可知，鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO）₃，加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe³⁺、Fe²⁺等，再加鐵粉還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到FeSO₄•7H₂O晶體和含有TiO²⁺的溶液，TiO²⁺經(jīng)過(guò)水解得TiO₂•xH₂O，TiO₂•xH₂O再煅燒得TiO₂，將TiO₂還原可得Ti，
（1）鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O； 
（2）根據(jù)上面的分析可知，物質(zhì)A為 Fe，用于還原鐵離子，故答案為：Fe；
（3）步驟Ⅱ中TiO²⁺經(jīng)過(guò)水解得TiO₂•xH₂O，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺，水解過(guò)程中需要升高溫度，可加快反應(yīng)水解速率，升溫促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，提高產(chǎn)率，
故答案為：TiO²⁺+（x+1）H₂O═TiO₂•xH₂O↓+2H⁺；升溫促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，提高產(chǎn)率；
（4）①電解TiO₂獲得Ti，用TiO₂為陰極，其陰極的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-，故答案為：TiO₂+4e^-═Ti+2O^2-；
②將TiO₂、氯氣和過(guò)量焦炭混合，高溫反應(yīng)生成TiCl₄，反應(yīng)的方程式為TiO₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，根據(jù)方程式可知，反應(yīng)中氯氣為氧化劑，碳為還原劑，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，由于鈦和鎂在與空氣在高溫反應(yīng)所以反應(yīng)需在Ar氣氛中，
故答案為：1：1；防止高溫下Mg（或Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高考常見題型，題目涉及流程分析判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作，離子方程式的書寫，數(shù)據(jù)計(jì)算等，綜合性較強(qiáng)，考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．