Question

【題目】（本題滿分18分）鈦被稱為“二十一世紀金屬”，工業上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

已知：鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水會水解．

請回答下列問題：

（1）操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有　　，操作2是　　、過濾，副產品主要成分的化學式為　　。

（2）請結合化學用語解釋將TiO2+轉化為H2TiO3的原理　　。

（3）已知鈦的還原性介于鋁和鋅之間，估計鈦能耐腐蝕的原因之一是，如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂，那么該金屬跟四氯化鈦反應的化學方程式是。

（4）電解TiO2來獲得Ti是以TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解質，用碳塊作電解槽，其陰極反應的電極反應式為　　。

（5）為測定溶液中TiOSO4的含量，首先取待測鈦液10mL用水稀釋至100mL，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO2++Al+6H+═3Ti3++AlO3++3H2O，過過濾后，取出濾液20.00mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用　　（填一種玻璃儀器的名稱）滴加0.1000molL﹣1FeCl3溶液，發生Ti3++Fe3+═Ti4++Fe2+，當溶液出現紅色達到滴定終點，用去了30.00mLFeCl3溶液，待測鈦液中TiOSO4的物質的量濃度是　。

Answer 1

【答案】（1）漏斗、玻璃棒；蒸發濃縮、冷卻結晶；FeSO4；（2）溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加熱升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3；（3）鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內部結構緊密）；TiCl4+4NaTi+4NaCl；（4）TiO2+4e﹣=Ti+2O2﹣；（5）酸式滴定管；1.50 molL﹣1

【解析】

試題分析：用濃硫酸處理鈦鐵礦，鈦鐵礦用濃硫酸溶解，反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過量鐵粉還原鐵離子，過濾得到濾液通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到TiO2+濾液，和副產品FeSO4，濾液中加入水加熱過濾得到H2TiO3，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入氯氣、過量碳高溫加熱反應生成TiCl4和一氧化碳，四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應得到氯化鎂和鈦金屬；

（1）操作1為過濾用到的玻璃儀器除燒杯外還有漏斗、玻璃棒，操作2的實驗步驟為：蒸發濃縮、冷卻結晶，加入過量鐵屑后溶液中含有Fe2+離子，則過濾后可得FeSO47H2O（或FeSO4），副產品主要成分的化學式為FeSO4；

（2）加熱的目的是促進TiO2+水解生成H2TiO3，分離出固體加熱得到TiO2，溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加熱升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3；

（3）鈦的還原性介于鋁與鋅之間，氧化鋁是一層致密的氧化膜，因此鈦能耐腐蝕的原因鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內部結構緊密）；活潑金屬鈉可以將金屬鈦置換出來，反應的方程式為TiCl4+4NaTi+4NaCl，Zn、和Fe的金屬活潑性不如鈦，不能置換。

（4）因TiO2作陰極，得到電子，被還原得到單質Ti，陰極電極反應式為：TiO2+4e-＝Ti+2O2-；

（5）準確滴加氯化鐵溶液可使用滴定管，氯化鐵有較強的氧化性，且其溶液呈酸性，應用酸式滴定管；設待測鈦液中TiOSO4的物質的量濃度是c mol/L，則：

TiOSO4 ～ Ti3+ ～Fe3+

1 1

0.01L×c mol/L×20ml/100ml 0.1000molL-1×0.03L

解得c=1.5。