Question

[化學-選修化學與技術]金屬鈦（Tl）因其硬度大、熔點高、常溫時耐酸堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料，被譽為“未來金屬”．常溫下，鈦的化學活性很小，僅能與氧氣、氫氟酸等幾種物質起反應．但在較高溫度下，鈦可與多種單質和化合物發生反應．以鈦鐵礦（主要成分FeTlO₂，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦同時獲得副產品甲的工業生產流程如下：

請回答下列問題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應的產物之一是TlOSO₄，無氣體生成，副產品甲是

 

．
（2）上述生產流程中加入Fe的目的是

 

，檢驗副產品甲是否變質的實驗方法是

 

．
（3）上述生產流程中所得一的金屬鈦中混有少量雜質，可加入

 

溶解后除去．
（4）科學家從電解冶煉鋁的工藝得到啟發，找到了冶煉鈦的新工藝，它可以用熔融法直接電解中間產品乙制取金屬法．
①直接電解法（劍橋法）生產鈦是種較先進的方法，電解質為熔融的氧化鈣，原理如圖所示；在陰極，被還原的Ca進一步還原TlO₂獲得鈦，可能發生的反應或電極反應為

 

．
②SOM技術是一種綠色環保先進技術，陽極用金屬陶瓷，并用固體氧離子隔膜將兩 極產物隔開，只允許氧離子通過，在電解過程中陽極通入某種還原性氣體，可防止CO、CO₂污染物產生，通入的氣體若是單質，可以是

 

，則陽極發生的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）溶液I溶質為TiOSO₄和FeSO₄ ；
（2）檢驗Fe³⁺用SCN^-；
（3）金屬鈦中混有少量雜質鎂，可用鹽酸除雜；
（4）①在陰極，氧化鈣被還原生成Ca，被還原的Ca進一步還原TlO₂獲得鈦；
②氧氣生成氧氣，為防止氧化石墨，可通入氫氣．

解答：解：（1）溶液I溶質為TiOSO₄和FeSO₄ ，所以副產品甲是FeSO₄?7H₂O，故答案為：FeSO₄?7H₂O；
（2）副產品為FeSO₄?7H₂O，加入鐵粉，可防止Fe²⁺氧化，如甲變質，則被氧化生成Fe³⁺，可取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變為血紅色，
故答案為：防止Fe²⁺氧化；取副產品甲少許溶于水，滴加適量KSCN溶液，觀察溶液是否變為血紅色；
（3）金屬鈦中混有少量雜質鎂，由題給信息鈦的化學活性很小，僅能與氧氣、氫氟酸等幾種物質起反應可知，可用鹽酸除雜，
故答案為：稀鹽酸；
（4）①在陰極，氧化鈣被還原生成Ca，被還原的Ca進一步還原TlO₂獲得鈦，電極反應為Ca²⁺+2e^-=Ca、2Ca+TlO₂=2Ca+Ti，
故答案為：Ca²⁺+2e^-=Ca、2Ca+TlO₂=2Ca+Ti；
②氧氣生成氧氣，為防止氧化石墨，可通入氫氣，故答案為：H₂；H₂-2e^-+O^2-=H₂O．

點評：本題考查物質的制備實驗方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，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的性質．