Question

钛被称为“二十一世纪金属”，工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下：

已知：钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO₄和FeSO₄，TiOSO₄遇水会水解。

请回答下列问题：

（1）操作1用到的玻璃仪器除烧杯外还有         ，操作2是          、过滤，副产品主要成分的化学式为           。

（2）请结合化学用语解释将TiO²⁺转化为H₂TiO₃的原理                           。

（3）已知钛的还原性介于铝与锌之间，估计钛能耐腐蚀的原因之一是                      。如果可从Na、Zn、Fe三种金属中选一种金属代替流程中的镁，那么该金属跟四氯化钛反应的化学方程式是                                        。

（4）电解TiO₂来获得Ti是以TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解质，用碳块作电解槽，其阴极反应的电极反应式是                                   。

（5）为测定溶液中TiOSO₄的含量，首先取待测钛液10 mL用水稀释至100 mL，加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应：3TiO²⁺ +Al+6H⁺=3Ti³⁺+Al³⁺+3H₂O。过滤后，取出滤液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示剂，用           （填一种玻璃仪器的名称）滴加0.1000mol·L^-1 FeCl₃溶液，发生Ti³⁺+Fe³⁺=Ti⁴⁺+Fe²⁺。当溶液出现红色达到滴定终点，用去了30.00mL FeC1₃溶液。待测钛液中TiOSO₄的物质的量浓度是                。

Answer

（1）漏斗、玻璃棒、蒸发浓缩、冷却结晶 （或浓缩、结晶）；FeSO4·7H2O或FeSO4

（2）溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，当加入水稀释、升温后，平衡正向移动

（3）钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密） TiCl4+4NaTi+4NaCl

（4）TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2-

（5）酸式滴定管 1.50 mol•L-1

【解析】

试题分析：用浓硫酸处理钛铁矿，钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到TiO2+滤液，和副产品FeSO4，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属；（1）操作1为过滤用到的玻璃仪器除烧杯外还有漏斗、玻璃棒，操作2的实验步骤为：蒸发浓缩、冷却结晶，加入过量铁屑后溶液中含有Fe2+离子，则过滤后可得FeSO4•7H2O（或FeSO4），副产品主要成分的化学式为FeSO4，故答案为：漏斗、玻璃棒；蒸发浓缩、冷却结晶；FeSO4；（2）加热的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3，分离出固体加热得到TiO2，溶液中存在平衡：TiO2++2H2O⇌H2TiO3+2H+，当加热升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3；

（3）钛的还原性介于铝与锌之间，氧化铝是一层致密的氧化膜，估计钛能耐腐蚀的原因钛表面形成一层致密的氧化膜（或钛的内部结构紧密）；活泼金属钠可以将金属钛置换出来：TiCl4+4NaTi+4NaCl，Zn、和Fe的金属活泼性不如钛，不能置换。

（4）因TiO2作阴极，得到电子，被还原得到单质Ti，阴极电极反应式为：TiO2 +4e-=Ti+2O2-；

（5）准确滴加氯化铁溶液可使用滴定管，氯化铁有较强的氧化性，且其溶液呈酸性，应用酸式滴定管；

设待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是c mol/L，则：

TiOSO4 ～Ti3+ ～Fe3+

1 1

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

解得c=1.5;故答案为：酸式滴定管；1.5 mol•L-1．

考点：考查物质准备工艺流程，涉及物质的分离提纯、对操作与原理的分析评价、电解原理应用、氧化还原反应滴定等