Question

15．二氧化鈦廣泛應用于各類結構表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質的原料．
Ⅰ二氧化鈦可由以下兩種方法制備：
方法1：TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾、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．
（1）①TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O的化學方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②檢驗TiO₂•x H₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取少量最后一次水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈．
方法2：可用含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）制取，其主要流程如下：

（2）Fe₂O₃與H₂SO₄反應的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（3）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有Fe³⁺、Fe²⁺．
（4）加Fe的作用是將Fe³⁺ 轉化為Fe²⁺．
Ⅱ二氧化鈦可用于制取鈦單質
（5）TiO₂制取單質Ti，涉及到的步驟如下：TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{Mg_{800}℃}$Ti，反應②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，該反應需要在Ar氣氛中進行，請解釋原因：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 （1）①根據物質的性質和質量守恒定律書寫化學方程式；
②檢驗沉淀是否洗凈的方法是，取少量洗滌液，檢驗溶液中溶解的離子是否還存在氯離子；
方法二：鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，F(xiàn)eTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，F(xiàn)e將Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后過濾得到濾渣和濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應得到TiO₂；
（2）堿性氧化物和酸反應生成鹽和水；
（3）FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵，據此解答即可；
（4）鐵有還原性，能還原鐵離子；
（5）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應．

解答 解：（1）①設TiCl₄的系數為1，根據元素守恒，TiO₂•xH₂O的系數為1，HCl的系數為4；再根據O元素守恒，可知H₂O的系數為（2+x），方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O?TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②沉淀吸附溶液中的Cl^-，根據發(fā)生反應：Cl^-+Ag⁺═AgCl↓，取最后一次的少量洗滌液，檢驗溶液中溶解的離子是否還存在，故答案為：取最后一次的少量水洗液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈；
（2）氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水，離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（3）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，F(xiàn)eTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，所以溶液中還存在的陽離子是Fe³⁺、Fe²⁺，故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（4）該溶液中含有鐵離子，鐵具有還原性，能將鐵離子氧化生成亞鐵離子且不引進新的雜質，所以鐵的作用是：將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，故答案為：將Fe³⁺轉化為Fe²⁺；
（5）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，反應方程式為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+TiMg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應，故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti； 防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評 本題考查學生對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關鍵，需要學生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運用基礎知識分析問題、解決問題能力．