Question

隨著不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行業(yè)推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽(yù)為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，是提高國(guó)防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。工業(yè)主要以二氧化鈦為原料冶煉金屬鈦。
Ⅰ.二氧化鈦可由以下兩種方法制備：
方法1：可用含有Fe₂O₃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，其主要流程如下：

（1）由濾液獲得綠礬晶體的操作過(guò)程是                 。
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽(yáng)離子有                 。
（3）已知10kg該鈦鐵礦中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.6%，能夠得到綠礬晶體22.24kg，試計(jì)算最少加入鐵粉的質(zhì)量。
方法2：TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O，過(guò)濾、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂，此方法制備得到的是納米二氧化鈦。
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學(xué)方程式為                 。
②檢驗(yàn)TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是                 。
Ⅱ.二氧化鈦可用于制取鈦單質(zhì)
（5）TiO₂制取單質(zhì)Ti，涉及到的步驟如下：
 
反應(yīng)②的化學(xué)方程式是                 ，該反應(yīng)成功需要的其他條件及原因是                 。

Answer 1

（1）冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾
（2）Fe³⁺ 、Fe²⁺
（3）1.12kg
（4）①TiCl₄ + (x+2)H₂O(過(guò)量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl
②取最后一次洗滌液少量，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。
（5） 稀有氣體保護(hù)，防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂(或CO₂、N₂)作用

試題分析：（1）濾液中含有的溶質(zhì)是FeSO₄，要從中得綠礬晶體的操作過(guò)程是蒸發(fā)濃縮、冷卻、結(jié)晶，最后過(guò)濾即得到固體就是綠礬。（2）鈦鐵礦中含有Fe₂O₃當(dāng)加入過(guò)量的硫酸溶解時(shí)，F(xiàn)e₂O₃與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生Fe₂ (SO₄)₃,因此該溶液中含有的陽(yáng)離子為Fe³⁺ 、Fe²⁺、TiO²⁺、H⁺。則除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽(yáng)離子有Fe³⁺ 、Fe²⁺。（3）鈦鐵礦中鐵元素的質(zhì)量33.6%×10kg=3.36Kg.綠礬晶體22.24kg中含有的Fe元素的質(zhì)量為22.24kg×(56÷278)=4.48Kg.所以加入的Fe元素的質(zhì)量為4.48Kg-3.36Kg="1.12Kg." （4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學(xué)方程式為TiCl₄ + (x+2)H₂O(過(guò)量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl. ②檢驗(yàn)TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取最后一次洗滌液少量，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。（5）根據(jù)題意和已知條件可得反應(yīng)的方程式為。因?yàn)镸g及反應(yīng)產(chǎn)生的Ti容易與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，為防止在高溫下它們與空氣中的氧氣反應(yīng)，所以該反應(yīng)成功需要在稀有氣體的環(huán)境中進(jìn)行。₂的制取方法及以TiO₂為原料制取鈦單質(zhì)的反應(yīng)原理、混合物的分離方法、反應(yīng)條件的選擇。