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推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽為“現代金屬”和“戰略金屬”，是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰略物資。工業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元素化合價為+4價）制取，其主要流程如下：

（1）由濾液獲得綠礬晶體的操作過程是                 。
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有                 。
（3）已知10kg該鈦鐵礦中鐵元素的質量分數為33.6%，能夠得到綠礬晶體22.24kg，試計算最少加入鐵粉的質量。
方法2：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。
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學方程式為                 。
②檢驗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
（5）TiO₂制取單質Ti，涉及到的步驟如下：
 
反應②的化學方程式是                 ，該反應成功需要的其他條件及原因是                 。

Answer 1

（1）冷卻、結晶、過濾
（2）Fe³⁺ 、Fe²⁺
（3）1.12kg
（4）①TiCl₄ + (x+2)H₂O(過量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl
②取最后一次洗滌液少量，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^－已除凈。
（5） 稀有氣體保護，防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂(或CO₂、N₂)作用

試題分析：（1）濾液中含有的溶質是FeSO₄，要從中得綠礬晶體的操作過程是蒸發濃縮、冷卻、結晶，最后過濾即得到固體就是綠礬。（2）鈦鐵礦中含有Fe₂O₃當加入過量的硫酸溶解時，Fe₂O₃與硫酸反應產生Fe₂ (SO₄)₃,因此該溶液中含有的陽離子為Fe³⁺ 、Fe²⁺、TiO²⁺、H⁺。則除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有Fe³⁺ 、Fe²⁺。（3）鈦鐵礦中鐵元素的質量33.6%×10kg=3.36Kg.綠礬晶體22.24kg中含有的Fe元素的質量為22.24kg×(56÷278)=4.48Kg.所以加入的Fe元素的質量為4.48Kg-3.36Kg="1.12Kg." （4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化學方程式為TiCl₄ + (x+2)H₂O(過量) TiO₂·xH₂O↓ + 4HCl. ②檢驗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，不產生白色沉淀，說明Cl^－已除凈。（5）根據題意和已知條件可得反應的方程式為。因為Mg及反應產生的Ti容易與其它物質發生反應，為防止在高溫下它們與空氣中的氧氣反應，所以該反應成功需要在稀有氣體的環境中進行。₂的制取方法及以TiO₂為原料制取鈦單質的反應原理、混合物的分離方法、反應條件的選擇。