Question

4．以鈦鐵礦（主要成分是鈦酸亞鐵FeTiO₃）為主要原料冶煉金屬鈦，生產(chǎn)的工藝流程圖如圖所示，其中鈦鐵礦與濃硫酸反應(yīng)的化學方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．試回答下列問題：

（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)屬于非氧化還原反應(yīng)（選填“氧化還原反應(yīng)”或“非氧化還原反應(yīng)”）．
（2）上述生產(chǎn)流程中加入物質(zhì)A的目的是防止Fe²⁺被氧化，物質(zhì)A是Fe；上述制備TiO₂的過程中，所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)分別是FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄．
（3）反應(yīng)TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti在Ar氣氛中進行的理由是防止高溫下Mg和Ti與空氣中的氧氣（或氮氣、二氧化碳）作用．
（4）如果取鈦鐵礦A t，生產(chǎn)出鈦B t（不考慮損耗），計算鈦鐵礦中鈦的含量（用A、B字母表示）$\frac{B}{A}×100%$．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸混合時發(fā)生反應(yīng)為FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，亞鐵離子不穩(wěn)定，易被氧化，為防止亞鐵離子被氧化，需要加入A物質(zhì)且不能引進新的雜質(zhì)，所以A是Fe；然后采用沉降分離得到溶液I，將溶液I冷卻結(jié)晶得到綠礬，同時得到溶液II，向溶液II中加入水，加熱過濾得到硫酸和鈦酸，將鈦酸煅燒得到二氧化鈦，二氧化鈦在高溫條件下和氯氣、C反應(yīng)生成四氯化鈦，高溫條件下，四氯化鈦和鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成Ti，
（1）有電子轉(zhuǎn)移的化學反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，其特征是有元素化合價升降；
（2）為防止亞鐵離子被氧化需要加入A物質(zhì)，且不能引進新的雜質(zhì)；由工藝流程圖及題中信息可知可回收利用的物質(zhì)是FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄；
（3）Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和氮氣二氧化碳都反應(yīng)；
（4）鈦鐵礦中Ti含量=$\frac{Bt}{At}×100%$．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸混合時發(fā)生反應(yīng)為FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，亞鐵離子不穩(wěn)定，易被氧化，為防止亞鐵離子被氧化，需要加入A物質(zhì)且不能引進新的雜質(zhì)，所以A是Fe；然后采用沉降分離得到溶液I，將溶液I冷卻結(jié)晶得到綠礬，同時得到溶液II，向溶液II中加入水，加熱過濾得到硫酸和鈦酸，將鈦酸煅燒得到二氧化鈦，二氧化鈦在高溫條件下和氯氣、C反應(yīng)生成四氯化鈦，高溫條件下，四氯化鈦和鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成Ti，
（1）有電子轉(zhuǎn)移的化學反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，其特征是有元素化合價升降，鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，鈦的化合價為+4價，鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)后，TiOSO₄中鈦的化合價為+4價，硫為+6價，氧元素的化合價為-2價，F(xiàn)eSO₄中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，無化合價的變化，是非氧化還原反應(yīng)，
故答案為：非氧化還原反應(yīng)；
（2）為防止亞鐵離子被氧化需要加入A物質(zhì)，且不能引進新的雜質(zhì)，所以A是Fe；由工藝流程圖及題中信息可知可回收利用的物質(zhì)是FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄，
故答案為：Fe；FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄；
（3）Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和二氧化碳反應(yīng)生成氧化鎂和碳，鎂和氮氣反應(yīng)生成氮化鎂，所以反應(yīng)TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar氣氛中進行；
故答案為：防止高溫下Mg和Ti與空氣中的氧氣（或氮氣、二氧化碳）作用；
（4）鈦鐵礦中Ti含量=$\frac{Bt}{At}×100%$=$\frac{B}{A}×100%$，
故答案為：$\frac{B}{A}×100%$．

點評 本題以工藝流程為載體考查制備實驗方案設(shè)計，為高頻考點，側(cè)重考查學生對知識的理解及靈活運用能力，明確各個部分發(fā)生的反應(yīng)及操作方法是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．