Question

11．二氧化鈦廣泛應用于各類結構表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質的原料．二氧化鈦可由以下兩種方法制備：
方法1：TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，過濾、水洗除去其中的Cl^-，再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO₂，此方法制備得到的是納米二氧化鈦．
①TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O的化學方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②檢驗TiO₂•x H₂O中Cl^-是否被除凈的方法是取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈．
方法2：可用含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價為+4價）制取，其主要流程如圖：
（1）甲溶液中除含TiO²⁺之外還含有的金屬陽離子有Fe³⁺、Fe²⁺．
（2）加Fe的作用是將Fe³⁺轉化為Fe²⁺．
（3）TiO₂制取單質Ti，涉及到的步驟如下：
TiO₂$\stackrel{①}{→}$TiCl₄$→_{②}^{800℃}$Ti
反應②的方程式是TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti，該反應需要在Ar氣氛中進行，請解釋原因：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 方法1．①加熱條件下，四氯化鈦水解生成TiO₂•xH₂O和HCl，升高溫度促進四氯化鈦水解和鹽酸揮發(fā)；
②氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗；
方法2．鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，FeTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，Fe將Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后過濾得到濾渣和濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應得到TiO₂；
（1）氧化鐵和稀硫酸反應生成鐵離子、鐵離子和Fe反應生成亞鐵離子；
（2）鐵離子具有氧化性，能氧化鐵生成亞鐵離子；
（3）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應．

解答 解：方法1．①加熱條件下，四氯化鈦水解生成TiO₂•xH₂O和HCl，升高溫度促進四氯化鈦水解和鹽酸揮發(fā)，所以蒸干溶液時得到TiO₂•x H₂O，化學反應方程式為TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl，故答案為：TiCl₄+（x+2）H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ TiO₂•xH₂O↓+4HCl；
②氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，其檢驗方法為取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，不產生白色沉淀，說明Cl^-已除凈；
方法2．鈦鐵礦和過量稀硫酸混合，FeTiO₃和稀硫酸反應生成Fe²⁺、TiO²⁺，氧化鐵和稀硫酸反應生成Fe³⁺，所以溶液甲中含有Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，然后向溶液中加入Fe，Fe將Fe³⁺氧化生成Fe²⁺，然后過濾得到濾渣和濾液，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到綠礬和含有TiO²⁺溶液乙，通過一系列反應得到TiO₂；
（1）氧化鐵和稀硫酸反應生成鐵離子、鐵離子和Fe反應生成亞鐵離子，所以甲溶液中還含有Fe³⁺、Fe²⁺，故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（2）鐵離子具有氧化性，能氧化鐵生成亞鐵離子，同時將Fe³⁺轉化為Fe²⁺，故答案為：將Fe³⁺轉化為Fe²⁺；
（3）在800℃條件下，四氯化鈦和鎂反應生成氯化鎂和鈦，反應方程式為TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應，故答案為：TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgCl₂+Ti；防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，明確物質性質、物質分離和提純方法是解本題關鍵，同時考查學生獲取信息、運用信息解答問題能力，知道流程圖中每一步發(fā)生的反應，題目難度不大．