Question

【題目】A部分：由鋯英砂(ZrO2·SiO2，還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質)制備ZrO2的流程如下：

已知：①ZrO2在強堿性溶液中以ZrO32-形式存在，在強酸性溶液中以ZrO2+形式存在。

②部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

Mn+	Fe3+	Al3+	ZrO2+
開始沉淀時pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全時pH	3.8	5.6	8.0

(1)操作I所需要的玻璃儀器為___________，操作I除了得到溶液a還可得到_________。

(2)加氨水至溶液a中調節pH的的范圍是________________。

(3)操作II會得到濾液b和濾渣II，濾渣II分離過程如下：

氧化物B的化學式為__________。若試劑X為鹽酸，缺點是___________。

(4)操作III除得到Zr(OH)4外還得到某種溶液，向該溶液中加入CaCO3粉末并加熱，得到兩種氣體。該反應的離子方程式為_____________________________。

(5)加入氨水至溶液b發生的離子方程式為__________________________。

(6)為得到純凈的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是______________。

B部分：鈦精礦是從鈦鐵礦或鈦磁鐵礦中采選出來，主要成分為FeTiO3，是生產用途非常廣泛的鈦白粉的原料。以鈦精礦石為原料制備金屬鈦的流程如下圖所示(某些過濾過程已忽略)。已知強酸性溶液中，+4價的鈦元素以TiO2+形式存在，金屬鈦不溶于稀非氧化性酸。回答下列問題：

(1)步驟②中加入鐵屑的作用是__________________。

(2)晶體K俗稱綠礬，晶體K的化學式為____________。

(3)試寫出溶液C加熱制備鈦酸沉淀的化學方程式__________________________________。

(4)步驟⑥加入過量的活性炭，則發生的化學方程式為_______________，已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2為吸熱反應，且該條件下反應也能夠發生，為何制備TiCl4過程中還要加入活性炭，試解釋原因_________________。

(5)氣體F為氬氣，F的作用是_____________________。

(6)溶液H是_________，作用為___________________________。

Answer 1

【答案】燒杯、漏斗、玻璃棒 H2SiO3 5.6~6.2 Al2O3 鹽酸的量不易控制 2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+ 取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO3，未產生白色沉淀，則洗滌干凈 防止Fe2+被氧化 FeSO4·7H2O TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4 TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO 活性炭與O2反應并放熱，促進反應正向移動利于制備TiCl4 做保護氣 稀鹽酸 溶解MgCl2和未反應的Mg，過濾后提純金屬鈦

【解析】

A部分： （1）從反應流程可知，操作I為過濾，所需要的玻璃儀器為燒杯、漏斗、玻璃棒；二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，硅酸鈉與鹽酸反應生成了膠狀沉淀硅酸，因此操作I除了得到溶液a還可得到H2SiO3；綜上所述，本題答案是：燒杯、漏斗、玻璃棒，H2SiO3。

(2)加氨水的目的是除去溶液中的鐵離子和鋁離子，使兩種離子變為沉淀，根據表格數據可知，當溶液a中調節pH的的范圍是5.6~6.2之間時，即可實現目的；綜上所述，本題答案是：5.6~6.2。

(3)濾渣II為氫氧化鐵和氫氧化鋁混合物，氫氧化鋁能夠與強堿反應生成偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液中加入過量的二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，加熱氫氧化鋁得到氧化鋁固體；所以氧化物B的化學式為Al2O3；若試劑X為鹽酸，鹽酸適量，偏鋁酸鈉與鹽酸反應產生氫氧化鋁沉淀，鹽酸過量，氫氧化鋁沉淀溶解，因此使用鹽酸制備氫氧化鋁就需控制鹽酸的使用量；綜上所述，本題答案是：Al2O3；鹽酸的量不易控制。

(4)根據流程分析可知，操作III除得到Zr(OH)4外還得到氯化銨溶液，氯化銨溶液水解顯酸性，向該溶液中加入CaCO3粉末并加熱，得到二氧化碳和氨氣。該反應的離子方程式為2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O；綜上所述，本題答案是：2NH4++CaCO32NH3↑+Ca2++CO2↑+H2O。

(5) 強酸性溶液b中含有ZrO2+，該離子能夠與氨水反應生成Zr(OH)4沉淀，離子方程式為：ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+；綜上所述，本題答案是：ZrO2++2NH3·H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+。

(6)為得到純凈的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌附著的氯化銨溶液，是否洗滌干凈，可用稀硝酸和硝酸銀溶液檢驗洗滌液中是否存在氯離子；具體操作如下：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO3，未產生白色沉淀，則洗滌干凈；綜上所述，本題答案是：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化的AgNO3，未產生白色沉淀，則洗滌干凈。

B部分： (1) 鈦精礦主要成分為FeTiO3，鐵為+2價，固體產物A中溶于水后溶液中含有Fe2+，Fe2+易被氧化，因此步驟②中加入鐵屑的作用是防止Fe2+被氧化；綜上所述，本題答案是：防止Fe2+被氧化。

(2)晶體K俗稱綠礬，它為帶有7個結晶水的硫酸亞鐵晶體，化學式為FeSO4·7H2O；綜上所述，本題答案是：FeSO4·7H2O。

(3) C為TiOSO4溶液，加熱后生成H2TiO3固體和H2SO4溶液，化學方程式：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4；綜上所述，本題答案是：TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4。

(4) 鈦酸固體加熱分解為TiO2，TiO2與氯氣、活性炭反應生成四氯化鈦，化學方程式為：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO；已知TiO2+2Cl2 TiCl4+O2為吸熱反應，活性炭與O2反應并放熱，有利于反應向右移動，提高了四氯化鈦的產率；綜上所述，本題答案是：TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO；活性炭與O2反應并放熱，促進反應正向移動利于制備TiCl4。

(5)氣體F為氬氣，性質穩定，做保護氣；綜上所述，本題答案是：做保護氣。

(6) TiCl4與鎂反應生成金屬鈦和氯化鎂，金屬鈦不溶于稀非氧化性酸；所以H溶液可以選擇稀鹽酸，溶解MgCl2和未反應的Mg，過濾后提純金屬鈦；綜上所述，本題答案是：稀鹽酸； 溶解MgCl2和未反應的Mg，過濾后提純金屬鈦。