Question

【題目】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Za、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++2H2O?H2TiO3+2H+ ， 當加入熱水稀釋、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+4Na Ti+4NaCl
（4）TiO2 +4e﹣=Ti+2O2﹣
（5）酸式滴定管；1.50mol?L﹣1
【解析】解：（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 ， 故答案為：漏斗、玻璃棒；蒸發濃縮、冷卻結晶；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；
故答案為：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，估計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：TiCl4+4Na Ti+4NaCl，Zn、和Fe都是不可以的，活潑性差，
故答案為：鈦表面形成一層致密的氧化膜（或鈦的內部結構緊密）；TiCl4+4Na Ti+4NaCl；
（4.）因TiO2作陰極，得到電子，被還原，TiO2 +4e﹣=Ti+2O2﹣ ， 得到單質Ti，
故答案為：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，應用酸式滴定管；
設濾液Ti3+的物質的量為X．

Ti3+（紫色）	+	Fe3+	+	H2O	=	TiO2+（無色）	+	Fe2+	+	2H+
1		1
x		0.1000molL﹣1×0.03L

解得X=0.1000molL﹣1×0.03L=0.003mol
則待測鈦液中TiOSO4的物質的量=0.003mol×5=0.015mol
根據C= = =1.50 molL﹣1
故答案為：酸式滴定管；1.50 molL﹣1 ．
用濃硫酸處理鈦鐵礦，并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，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，依據原子守恒可知產物為硫酸亞鐵，則過濾后可得FeSO47H2O（或FeSO4），濾渣為過量的鐵屑和不溶物脈石；（2）依據溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ ， 平衡影響因素和平衡移動原理分析判斷；（3）根據金屬鋁的氧化物的性質結合信息來回答，金屬鈉的活潑性強，可以用于金屬的冶煉；（4）根據電解原理：陰極上是發生得電子的還原反應；（5）準確滴加氯化鐵溶液可使用酸式滴定管；根據元素守恒計算待測鈦液中TiOSO4的物質的量．