Question

金屬鈦被稱為“未來金屬”，它具有硬度大，熔點高，耐腐蝕等特點．某工廠以鈦鐵礦（主要成分FeTiO3）為主要原料，冶煉金屬Ti，其工業(yè)生產(chǎn)流程如圖：

已知：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
回答下列問題：
（1）上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是

 

，檢驗副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)的實驗方法是

 

．
（2）由溶液I獲得甲晶體，需要經(jīng)過

 

操作．除燒杯、漏斗外，過濾操作還要用到另一種玻璃儀器，該儀器在此操作中的主要作用是

 

．
（3）TiO₂變?yōu)門iCl₄的化學(xué)方程式

 

．但最近用熔融法直接電解中間產(chǎn)品乙制取金屬鈦獲得成功，試比較用電解法生產(chǎn)鈦比原工藝的優(yōu)劣

 

．
（4）該工藝中消耗33.6LCl₂（標(biāo)況），至少可得

 

克甲晶體．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：分析流程可知，鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃）加入濃硫酸后加入水和鐵粉還原鐵離子沉降分離得到溶液Ⅰ，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過濾洗滌得到甲晶體硫酸亞鐵晶體，和濾液Ⅱ，加入水稀釋，加熱過濾回收硫酸和鈦酸，煅燒得到二氧化鈦，與氯氣和碳單質(zhì)高溫加熱反應(yīng)生成四氯化鈦，加入鎂還原得到鈦；
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化檢驗副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)是建議你是否含有鐵離子，；
（2）由溶液I獲得甲晶體的方法是蒸發(fā)冷卻析出晶體；
（3）二氧化鈦和碳、氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦和一氧化碳，電解熔融的二氧化鈦可以得到金屬鈦，依據(jù)原子利用率、反應(yīng)過程中的能耗分析判斷；
（4）依據(jù)反應(yīng)FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，TiO₂+2C+Cl₂=TiCL₄+2CO  的定量關(guān)系計算．

解答： 解：（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，亞鐵離子易被氧化為鐵離子，檢驗副產(chǎn)品甲是否變質(zhì)，只要檢驗其中是否有鐵離子即可，實驗方法是：取副產(chǎn)品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠�紅色，如果變血紅色，證明已經(jīng)變質(zhì)，否則沒變質(zhì)，
故答案為：防止Fe²⁺氧化；取副產(chǎn)品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)檠�紅色，如果變血紅色，證明已經(jīng)變質(zhì)，否則沒變質(zhì)；
（2）由溶液I獲得甲晶體，需要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到晶體，除燒杯、漏斗外，過濾操作還要用到另一種玻璃儀器為玻璃棒，玻璃棒在此操作中的主要作用引流作用；
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌；玻璃棒，引流作用；
 （3）TiO₂變?yōu)門iCl₄的反應(yīng)是二氧化鈦和碳、氯氣反應(yīng)生成，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：TiO₂+2C+2Cl₂=

高溫  .

TiCl₄+2CO；煅燒鈦酸可以得到二氧化鈦，電解熔融的二氧化鈦可以得到金屬鈦，即TiO₂

通電  .

Ti+O₂↑，優(yōu)點：工藝簡便且原子利用率高，對環(huán)境無污染，缺點：耗能高，
故答案為：TiO₂+2C+Cl₂=

高溫  .

TiCL₄+2CO，優(yōu)點：工藝簡便且原子利用率高，對環(huán)境無污染缺點：耗能高；
（4）該工藝中消耗33.6LCl₂（標(biāo)況），物質(zhì)的量=

33.6L

22.4L/mol

=1.5mol，依據(jù)反應(yīng)FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO，
得到FeSO₄?7H₂O～TiOSO₄～TiO₂～2Cl₂，
       1                       2
      0.75 mol                     1.5mol
晶體質(zhì)量=0.75mol×278g/mol=208.5g；
故答案為：208.5g；

點評：本題考查物質(zhì)的制備實驗方案的設(shè)計，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質(zhì)的性質(zhì)．