专题十一 第十五讲 过渡金属——钛及其化合物（含解析）2026届高中化学大一轮复习讲义
文档属性
| 名称 | 专题十一 第十五讲 过渡金属——钛及其化合物（含解析）2026届高中化学大一轮复习讲义 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-07-28 22:05:19 | ||
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文档简介
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钛及其化合物
【核心知识梳理】
1．钛的原子结构——22Ti
电子排布式 1s22s22p63s23p63d24s2
简化电子排布式 [Ar]3d64s2
电子排布图(轨道表示式)
价层电子排布式 3d24s2
周期表中的位置 第四周期第ⅣB族
常见化合价 ＋3、＋4
2．钛
(1)常温时下，钛不与酸反应，但能溶于浓、热的盐酸和硫酸中
2Ti＋6HCl(浓)2TiCl3＋3H2↑
2Ti＋3H2SO4(浓)2Ti2(SO4)3＋3H2↑
(2)钛易溶于氢氟酸或含有氟离子的酸中：Ti＋6HFH2TiF6＋2H2↑
3．二氧化钛：二氧化钛在自然界以金红石为最重要，不溶于水
(1)两性氧化物，以酸性为主，不溶于稀酸，但能溶于氢氟酸和热的浓硫酸中
TiO2＋H2SO4(浓)2TiOSO4＋H2O
TiO2＋2NaOH===Na2TiO3＋H2O
TiO2＋6HF(浓)H2[TiF6]＋2H2O
(2)加热条件下与Cl2、C发生反应：TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO
4．氢氧化钛[Ti(OH)4]——两性氢氧化物，不溶于水，可能溶于酸、碱，高温煅烧可生成TiO2
5．四氯化钛(TiCl4)：四氯化钛是钛的一种重要卤化物，以它为原料，可以制备一系列钛化合物和金属钛
(1)在水中或潮湿空气中都极易水解将它暴露在空气中会发烟：TiCl4＋2H2O===TiO2↓＋4HCl
(2)Mg作还原剂可制备金属钛：TiCl4＋2MgTi＋4HCl
6．钛(Ⅳ)的配位化合物
钛(Ⅳ)能够与许多配合剂形成配合物，如[TiF6]2－、[TiCl6]2－、[TiO(H2O2)]2+ 等，其中与H2O2的配合物较重要。利用这个反应可进行钛的比色分析，加入氨水则生成黄色的过氧钛酸H4TiO6沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法
【巩固练习】
1．如今环境保护越来越受重视，某化工集团为减少环境污染，提高资源的利用率，将钛厂、氯碱厂、甲醇厂进行联合生产。其主要生产工艺如下(FeTiO3中Ti为＋4价)，下列叙述正确的是( )
A．该流程中只有“电解”“氯化”涉及氧化还原反应
B．“合成”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C．“氯化”时反应方程式为7Cl2＋2FeTiO3＋6C===2FeCl3＋2TiCl4＋6CO(条件省略)
D．上述流程中“Mg，Ar”可用“Mg，CO2”代替
2．某火电厂收捕到的粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小组对其进行综合处理的流程如下：Ksp[Al(OH)3]=1.0×10 34，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10 38。已知：“酸浸”后钛主要以TiOSO4形式存在，强电解质TiOSO4在溶液中仅能电离SO和一种阳离子，该离子会水解，下列说法不正确的是( )
A．“酸浸”时TiO2发生反应的离子方程式为TiO2＋2H+===TiO2+＋H2O
B．“结晶”时温度需控制在70℃以上，温度过低TiO2·xH2O产率降低
C．为使滤渣2沉淀完全，需“调pH"最小为4.3
D．MgCl2溶液制备MgCl2·6H2O需要在HCl的气氛下蒸发浓缩
3．用TiOSO4溶液生产纳米TiO2的工艺流程如下，下列说法错误的是( )
A．在实验室中进行“操作Ⅰ”，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗
B．“沉钛”时反应的离子方程式为TiO2＋＋2NH3·H2O===TiO(OH)2↓＋2NH
C．回收“滤液”中的(NH4)2SO4，应采用蒸发结晶法
D．纳米TiO2形成分散系时，具有较好的光线散射能力
4．(2022 湖南卷)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG＜0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃ 时，下列反应不能自发进行的是_______
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
(2)TiO2与C、Cl2，在600℃ 的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质 TiCl4 CO CO2 Cl2
分压/MPa 4.59×10－2 1.84×10－2 3.70×10－2 5.98×10－9
①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为____________________________
②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是_______
(3)“除钒”过程中的化学方程式为__________________________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是_______
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_________________________
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是_________________________
A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞
5．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。回答下列问题：
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、 MgO、CaO、 Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：_________________________________________________________
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_______
(3)“母液①”中Mg2＋浓度为_________mol·L－1
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是______，“酸溶渣”的成分是____________________
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________
(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________， 循环利用
6．(2017·全国I卷)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________
(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式____________________________
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因________________________
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式__________
7．(2017·北京卷)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：
资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2
沸点/℃ 58 136 181(升华) 316 1412
熔点/℃ 69 25 193 304 714
在TiCl4中的溶解性 互溶 —— 微溶 难溶
(1)氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝＋175.4 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式_______________________
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据_______________________________________
③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是__________________________
④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________
(2)精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下：
物质a是______________，T2应控制在_________
8．钛是一种稀有金属，钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分广阔，某中学对此开展了相应的研究性学习。
Ⅰ．甲小组同学以TiO2、TiCl4、H2为原料，用如下装置制备Ti2O3
B为直形管式电阻炉，880℃ 时，该装置内先后发生以下反应：
①3TiO2＋TiCl4＋2H2===2Ti2O3＋4HCl
②2TiCl4＋H2===2TiCl3＋2HCl
已知：①TiCl4易挥发，在高温下能与O2反应生成氧化钛，但不与HCl反应。它易与水发生反应，生成HCl，并且可以溶解于有机溶剂中
②TiO2、Ti2O3熔沸点较高，在反应装置内为固态
(1)出于实验安全考虑，给装置A和B加热前应该进行的实验操作是_________________________
(2)装置D中浓硫酸的作用是_______________
(3)TiCl4过多，易引发副反应②，可通过调节__________控制TiCl4通入量
Ⅱ．乙小组同学利用如下装置在实验室制备TiCl4(夹持装置略去)。
(4)装置C中除生成TiCl4外，还生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为______________________
(5)利用如图装置测定所得TiCl4的纯度：取1.0 g产品加入烧瓶，向安全漏斗中加入适量蒸馏水，待TiCl4充分反应后，将烧瓶和漏斗中的液体一并转入锥形瓶中，测定生成的Cl－的含量。滴加几滴0.10 mol·L－1 K2CrO4溶液作指示剂，用0.5000 mol·L－1 AgNO3 标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液40.00 mL
已知：常温下，AgCl比Ag2CrO4 优先沉淀，Ag2CrO4 为砖红色沉淀，TiCl4＋(n＋2)H2O===TiO2·nH2O↓＋4HCl
①安全漏斗的作用是______________________
②Cl－刚好完全沉淀时观察到的现象是_________________________________
③产品的纯度为______%
9．废SCR催化剂(含TiO2、V2O5、WO3等)的回收对环境保护和资源循环利用意义重大。通过如下工艺流程可以回收其中的钛、钒、钨等。
已知：①TiO2、V2O5和WO3都能与NaOH溶液反应，分别生成不溶性的Na2TiO3和可溶性的NaVO3、Na2WO4
②Ksp(CaWO4)＝9×10－9。
回答下列问题：
(1)基态23V原子的价层电子轨道表示式为__________________
(2)“球磨”的目的是_____________________________________________
(3)“碱浸”后通过_________(填操作名称)可以实现钛与钒、钨分离
(4)“酸浸”后钛主要以TiO2＋形式存在，“热水解”反应的离子方程式为__________________________________
(5)“煅烧”NH4VO3的化学方程式为_____________________________________________
(6)“沉钨”中析出CaWO4时，需要加入过量CaCl2，其目的是___________________________
(7)向20 mL 0.3 mol·L－1 Na2WO4的滤液中加入等体积的CaCl2溶液（忽略混合过程中的体积变化），欲使WO浓度小于1×10－6 mol·L－1，则CaCl2溶液的最小浓度为_________mol·L－1
10．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料。某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备TiO2和CaTiO3，并利用黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如图1所示，回答下列问题：
(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150 ℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图2所示。50 min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为___________________________；采用H2O2作氧化剂时，其效率低的原因可能是__________________________________
(2)向“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH2)2]，TiO2＋转化为TiO2，写出相应反应的离子方程式：___________________________________________________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是_________________________________________________________
(3)写出“高温煅烧”中由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：___________________________________________
(4)Fe3＋恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，计算此时溶液的pH＝________________
[Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39、水的Kw＝1.0×10－14]
(5)黄钾铁矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3＋时，不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3的原因是_____________________________________________________________________________
11．金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，含少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示
(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是________(填操作名称)
(2)滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，步骤①中生成TiO2＋的化学方程式为_______________________________，
硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示，据此判断，酸浸时所加硫酸的质量分数应为_______(填范围)
(3)请结合离子方程式解释步骤④中加热水的原因：________________________________________________
(4)电解法制备Ti的装置是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。Ti在________(填“阳极”或“阴极”)生成，________(填“能”或“不能”)将熔融CaO换成石灰乳
12．钛酸锰(MnTiO3)纳米材料是一种多用途催化剂。工业上用红钛锰矿(主要成分有MnTiO3，还含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等杂质)来制备MnTiO3，其工艺流程如图所示：
已知：①红钛锰矿“酸溶”后Ti元素主要以TiO2＋的形式存在； ②H2TiO3不溶于无机酸和碱，不溶于水
③在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4
回答下列问题：
(1)“粉碎”的目的是__________________________________
(2)“酸溶”中发生的主要反应化学方程式为____________________________________
(3)为了更好地把滤渣2分离出来，除搅拌外，还需要________(填操作名称)
(4)“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，而不选择通常人们认可的绿色氧化剂“双氧水”，除了高锰酸钾氧化性强、反应快之外，还可能的原因是_____________(写出一条即可)。
(5)“沉锰”的条件一般控制在45 ℃以下的原因是_______________________________
(6)TiO2＋的水解率受温度和H＋浓度的影响如图所示，TiO2＋最适宜的水解条件是________________
(7)测定所得MnCl2·xH2O晶体中结晶水的含量。取29.70 g样品加热分解，热重曲线(TG)如图所示。所得氯化锰晶体x的值是________
13．钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO3)制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下，回答下列问题：
已知：①TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中
②25 ℃时TiO(OH)2溶度积Ksp＝1×10－29
③常温下，难溶电解质溶解度与pH关系如图
(1)写出钛铁矿酸浸时反应的离子方程式：__________________________
(2)操作Ⅱ包含的具体操作方法有_____________________________________________________
(3)向“富含 TiO2＋溶液”中加入Na2CO3粉末的作用是__________________________________________，TiO2＋水解的离子方程式为________________________，当溶液pH＝________时，TiO(OH)2已沉淀完全
(4)加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋的原因是________________________________________________
14．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示，回答下列问题：
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为______________；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为_____________________________________________
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是_________________________________________，此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示
氢氧化物 Fe(OH)2 TiO(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 8.0×10－16 1.0×10－29 1.8×10－11
①常温下，若所得溶液中Mg2＋的物质的量浓度为0.001 8 mol·L－1，当溶液的pH等于______时，Mg(OH)2开始沉淀
②若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为______________________________________________
(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为____________________________。Mg还原TiCl4过程必须在1 070 K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是______________，除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是________
15．钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示
(1)滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，则“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为______________________
(2)物质A为________(填化学式)，“一系列操作”为__________________________________________________
(3)“水解”步骤中生成TiO2·xH2O，为提高TiO2·xH2O的产率，可采取的措施有________________________、________________________(写出两条)
(4)“电解”是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。阴极的电极反应式为_________________________；
若制得金属Ti 9.60 g，阳极产生气体________mL(标准状况下)
(5)将少量FeSO4·7H2O溶于水，加入一定量的NaHCO3溶液，可制得FeCO3，写出反应的离子方程式__________；若反应后的溶液中c(Fe2＋)＝2×10－6 mol·L－1，则溶液中c(CO)＝________mol·L－1(已知：常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1)
16．钛白粉(TiO2)广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。利用黑钛矿石[主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5，含有少量Al2Ca(SiO4)2]制备TiO2，工艺流程如下，回答下列问题：
已知：TiOSO4易溶于水，在热水中易水解生成H2TiO3
(1)(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5中钛元素的化合价为________，实验“焙烧”所需的容器名称是________，“滤渣”的主要成分是________(填化学式)
(2)制取H2TiO3的化学方程式为___________________________
(3)矿石粒度对TiO2的提取率影响如图，原因是_____________________
(4)相关的金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(s，mol·L－1)如图所示，步骤④应该控制的pH范围是_______
A．1～2 B．2～3 C．5～6 D．10～11
(5)常用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：用足量酸溶解a g二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 mL，取20.00 mL，以NH4SCN作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为：Ti3＋＋Fe3＋===Ti4＋＋Fe2＋
①滴定终点的现象为__________________________
②滴定终点时消耗b mol· L－1 NH4Fe(SO4)2溶液V mL，则TiO2纯度为________(写表达式)
17．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，请回答下列问题：
(1)铁在元素周期表中的位置为_________________________________
(2)写出TiO2＋水解的离子方程式：__________________________________________________，加入过量铁粉
的作用是①__________________________________；②________________________________________
(3)操作1的实验步骤为____________、____________、过滤
(4)副产品主要成分的化学式为_________________________________________
(5)写出TiO2转化成TiCl4的化学方程式：__________________________________________________
18．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。以钛铁矿(主要成分FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，同时获得副产品甲的工业生产流程如下：
回答下列问题：
(1)已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成。则该反应属于____________(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)，写出该反应的化学方程式______________________________________
(2)写出上述反应②、③的化学方程式________________________________________
(3)反应④要在氩气氛围中进行的理由是______________________________，最终所得到的金属钛中会混有少量杂质，可加入__________溶解后除去
(4)用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为_________________________
(5)如果取钛铁矿m吨，杂质的百分含量为w，最终生产出钛n吨(不考虑损耗)，则m、n、w三者之间的数学关系是_________________(已知Ti的相对原子质量为48)
【钛及其化合物】答案
1．C。解析：由氢气合成甲醇的过程中也涉及氧化还原反应，A项错误；根据CO＋2H2―→CH3OH可以看出，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，B项错误；根据工艺图不难看出“氯化”即氯气、钛铁矿和焦炭反应得到四氯化钛、一氧化碳和氯化铁的过程，C项正确；二氧化碳和镁会发生反应，因此不能用二氧化碳来作保护气，D项错误。
2．B。解析：粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等，加入硫酸酸浸过滤得到滤渣1和滤液，氧化铝溶解生成硫酸铝，氧化亚铁溶解生成硫酸亚铁，氧化铁溶解生成硫酸铁，氧化镁溶解生成硫酸镁，“酸浸”后钛主要以TiOSO4形式存在，滤渣为二氧化硅，加入铁粉还原铁离子生成亚铁离子，结晶析出硫酸亚铁晶体，过滤，得到滤液1含硫酸铝、硫酸镁、TiOSO4、少量硫酸亚铁，水解过滤，TiOSO4生成TiO2·xH2O，经酸洗水洗干燥和灼烧后得到TiO2，滤液2中含硫酸铝和硫酸镁、少量硫酸亚铁，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液pH使铝离子和铁离子全部沉淀，过滤得到滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液3含硫酸镁，最终获取MgCl2·6H2O。A．根据题干信息知“酸浸”后TiO2反应生成TiOSO4，TiOSO4电离产发生SO和TiO2+，则反应的离子方程式为TiO2+2H+= =TiO2++H2O，故A正确；B．“结晶”需控制在70℃左右，温度过高会导致TiO2+提前水解混入硫酸亚铁晶体，降低TiO2·xH2O的产量，故B错误；C．调节溶液pH目的是铝离子、铁离子沉淀完全除去，因Ksp[Al(OH)3]=1.0×10 34，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10 38，阴阳离子比相同，Ksp[Al(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]，则铝离子沉淀完全对应溶液pH最小，结合溶度积常数计算，c3(OH )=，c(OH )=10 9.6mol/L，c(H+)=，pH=4.3，故C正确；D．用MgCl2溶液制备MgCl2·6H2O，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等；因为加热蒸发促进氯化镁水解，为抑制氯化镁水解应在HCl的气氛下蒸发浓缩，故D正确。
3．C。解析：根据流程，沉钛时的反应为TiO2＋＋2NH3·H2O===TiO(OH)2↓＋2NH，滤液的主要成分为硫酸铵，操作Ⅰ为过滤，需要的玻璃仪器为烧杯、玻璃棒和漏斗，故A、B正确；硫酸铵溶解度随温度的变化较大，用加热浓缩、冷却结晶的方法，故C错误；纳米TiO2形成分散系时，形成胶体，胶体具有较好的光线散射能力，故D正确。
4．(1)C
(2)①5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2
②随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO
(3)3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3 蒸馏
(4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质
(5)AC
解析：钛渣中加入C、Cl2进行沸腾氯化，转化为相应的氯化物，降温收尘后得到粗TiCl4，加入单质Al除钒，再除硅、铝得到纯TiCl4，加入Mg还原得到Ti。
(1)记①C(s)＋O2(g)===CO2(g)，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，③TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)，
④TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)；
A．由图可知，600℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故A不符合题意；
B．由图可知，600℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故B不符合题意；
C．由图可知，600℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG＞0，反应不能自发进行，故C符合题意；
D．根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由①+③得到，则600℃时其ΔG＜0，反应自发进行，故D不符合题意；故选C；
(2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO2，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2，故答案为：5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2；
②随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO，导致CO含量升高，故答案为：随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO；
(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采用蒸馏方法分离AlCl3、SiCl4，故答案为：3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；蒸馏；
(4)若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质，因此“除钒”和“除硅、铝”的顺序不能交换，故答案为：不能；若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质；
(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法；A．高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；B．电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意；C．铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意；D．Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意；故答案选AC，故答案：AC。
5．(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑
(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
(3)1.0×10－6
(4)硫酸 SiO2、CaSO4
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(6)(NH4)2SO4
解析：(1)氧化铝转化为硫酸铝铵发生的反应为氧化铝、硫酸铵在高温条件下反应生成硫酸铝铵、氨气和水，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题给开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1。(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
6．(1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h
(2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O
(3)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4
(5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2＝1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀
(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
解析：(1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h,90 ℃、5 h。
(2)“酸浸”时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O。
(3)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
(4)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
(5)根据Ksp(FePO4)＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，可得c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。c(Mg2＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]＝1.0×10－24，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。
(6)煅烧过程中，Fe元素化合价由＋3降至＋2，被还原，则H2C2O4应作还原剂，其氧化产物为CO2，反应的化学方程式为2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O。
7．(1)①TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝－45.5 kJ·mol－1
②＞ 随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应
③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④MgCl2、AlCl3、FeCl3
(2)SiCl4 高于136℃，低于181℃
解析：(1)①生成TiCl4和CO的反应方程式为TiO2＋2Cl2＋2C===TiCl4＋2CO，根据盖斯定律，两式相加，得到TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝(－220.9 kJ·mol－1)＋(＋175.4 kJ·mo－1)＝－45.5 kJ·mol－1 。②根据图像，随着温度的升高，CO的浓度增加，CO2浓度降低，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH＞0。③除去氯气中混有HCl一般采用将气体通过饱和食盐水，结合操作目的，因此先通过饱和食盐水，然后在通入FeCl2溶液中，最后用氢氧化钠溶液吸收剩余的Cl2。④资料中已经给出“TiCl4及所含杂质氯化物的性质”一览表，因此氯化过程中生成的MgCl2、AlCl3、FeCl3只有少量溶解在液态TiCl4中，而SiCl4完全溶解在TiCl4中，因此过滤得到粗TiCl4混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。(2)根据资料，SiCl4的沸点最低，先蒸馏出来，因此物质a为SiCl4，根据流程目的，为了得到纯净的TiCl4，后续温度需控制在稍微大于136℃，但小于181℃。
8．(1)先通H2排出装置内的空气
(2)防止空气中的水进入装置
(3)A中水浴的温度
(4)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO
(5)吸收产生的HCl气体，防止HCl的逸出，影响测定结果的准确性 出现砖红色沉淀 95
解析：I：实验中应先通一段时间氢气后，排除装置内空气；然后打开装置B的加热开关，TiO2、TiCl4、H2反应生成Ti2O3，反应完毕后，关闭装置B的加热开关，待冷却后再关闭K1、K2；C装置的作用是收集冷凝的TiCl4并防止倒吸，D中浓硫酸防止空气中水蒸气进入装置。
Ⅱ．本实验利用Cl2与TiO2反应制备TiCl4，A为制备Cl2的装置，C、D分别为制备、收集TiCl4的装置，因TiCl4易与水发生水解反应，要求制备和收集过程无水，故在C前、D后都要加干燥装置，所以B、E中盛放试剂为浓硫酸；F中盛放NaOH溶液，目的是除去未反应的Cl2。
(1)根据分析，给装置A和B加热前应该进行的实验操作是：先通H2排出装置内的空气；
(2)根据分析，装置D中浓硫酸的作用是：防止空气中的水进入装置；
(3)TiCl4的过多，容易引发副反应②，可通过调节装置A中水浴的温度，控制TiCl4的汽化量，达到调整TiCl4的通入量；
(4)根据元素守恒可知一种气态不成盐氧化物为CO，则该反应的化学方程式为：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；
(5)①安全漏斗的作用是：吸收产生的HCl气体，防止HCl的逸出，影响测定结果的准确性；②根据题给信息可知，Cl－刚好完全沉淀时，再多滴加硝酸银反应将生成Ag2CrO4砖红色沉淀，因此观察到的现象是出现砖红色沉淀；③根据元素守恒关系：，，产品的纯度为
9．(1)
(2)增大接触面积，提高“碱浸”反应速率
(3)过滤
(4)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(5)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
(6)利用同离子效应，促进CaWO4尽可能析出完全
(7)0.318
解析：
(1)基态23V原子的价层电子排布式为3d34s2，则价层电子轨道表示式为。
(3)由已知①知，“碱浸”后得到可溶性的NaVO3、Na2WO4和不溶性的Na2TiO3，则可以通过过滤实现钛与钒、钨分离。
(4)由流程图知，“热水解”时TiO2＋转化为TiO2·xH2O，离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(5)“煅烧”NH4VO3得到V2O5，V元素化合价不变，发生非氧化还原反应，根据原子守恒配平化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。
(6)“沉钨”时析出CaWO4的反应为Ca2＋＋WO===CaWO4↓，加入过量CaCl2，可增大Ca2＋浓度，促进CaWO4尽可能析出完全。
(7)根据Ca2＋＋WO===CaWO4↓知，生成CaWO4沉淀需要20 mL 0.3 mol·L－1 CaCl2溶液，欲使WO浓度小于1×10－6 mol·L－1，则溶液中c(Ca2)＞ mol·L－1＝9×10－3 mol·L－1，则加入的CaCl2溶液的最小浓度为0.3 mol·L－1＋9×10－3 mol·L－1×2＝0.318 mol·L－1。
10．(1)KClO3 在温度较高时H2O2易分解[或产物中的Fe3＋可以催化H2O2的分解(其他合理答案也可，如H2O2氧化能力弱)]
(2)TiO2＋＋CO(NH2)2＋2H2OTiO2＋CO2↑＋2NH 避免将溶液中Fe3＋沉淀
(3)TiO2＋CaCl2·2H2OCaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑
(4)2.7
(5)Fe(OH)3为絮状沉淀，不容易分离
解析：(1)根据题目要求结合图像，在50 min时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO4和KClO3，但KMnO4作氧化剂引入了Mn2＋，对后续的物质分离会造成干扰，故选用KClO3作氧化剂。(2)由TiO2＋转化为TiO2可知，Ti元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸性环境中，C、N元素的产物为CO2、NH；由于Fe3＋开始沉淀需要的pH很小，直接通入NH3会使溶液pH快速增大，容易使Fe3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3，可以避免溶液中Fe3＋沉淀。(3)由信息可知制备CaTiO3的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl、H2O。(4)根据Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39和溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1可知，溶液中OH－的浓度为 mol·L－1≈1.0×10－11.3 mol·L－1，c(H＋)＝＝＝10－2.7 mol·L－1，所以pH为2.7。(5)氢氧化铁为絮状沉淀，不易于从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3。
11．(1)过滤
(2)FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O 80%～85%
(3)TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动
(4)阴极 不能
解析：(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是过滤；(2)反应物为钛铁矿，生成物为FeSO4、TiOSO4及H2O，化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；根据图像可知硫酸质量分数在80%～85%之间时浸出率最大；(3)TiO2＋在水溶液中发生水解TiO2＋＋2H2O??H2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动，生成H2TiO3; (4)由TiO2生成Ti，Ti元素化合价降低发生还原反应，电解池中阴极得电子发生还原反应；若换成石灰乳，石灰乳中有水，阴极将产生氢气，无法得到金属钛，所以不能将熔融CaO换成石灰乳。
12．(1)增大接触面积，加快反应速度，提高浸取率
(2)MnTiO3＋2H2SO4===MnSO4＋TiOSO4＋2H2O
(3)加热(或电泳)
(4)根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可)
(5)升温可以加快反应速度，但超过45 ℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45 ℃以下可以提高原料利用率(转化率)
(6)温度105 ℃，H＋浓度0.90 g·L－1
(7)4
解析：(5)沉锰的反应为：MnSO4＋2NH4HCO3===(NH4)2SO4＋MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，“沉锰”的条件一般控制在45 ℃以下的原因是升温可以加快反应速度，但超过45 ℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45 ℃以下可以提高原料利用率(转化率)。
(7)由题中信息，在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200 ℃时，失去全部结晶水，∶＝1∶x，x＝4，所得氯化锰晶体x的值是4。
13．(1)FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O
(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)调节溶液pH，促进TiO2＋水解 TiO2＋＋2H2OTiO(OH)2↓＋2H＋ 2.5
(4)避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀
解析：(1)钛铁矿酸浸时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O。(2)向含有TiO2＋、Fe2＋、Fe3＋等的酸性溶液中加入适量的Fe屑，发生反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶就会产生FeSO4·7H2O，然后将晶体过滤出来，就得到了绿矾。(3)滤液中含有大量的TiO2＋，向该溶液中加入Na2CO3粉末，调整溶液的酸碱性，促进TiO2＋的水解，由图像可知当溶液的pH＝2.5 时，TiO(OH)2已经完全沉淀。(4)若不加入铁屑，就会同时产生TiO(OH)2和Fe(OH)3导致制取的物质纯度不高，所以加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋，避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀。
14．(1)FeTiO3 FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)防止Fe2＋被氧化 ①10 ②TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋)
(3)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 隔绝空气 稀盐酸
解析：(1)由2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓H2SO4反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。(2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。①根据Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1.8×10－11，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝10－4mol·L－1，则c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－10 mol·L－1，pH＝－lg10－10＝10。②根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2，TiO2＋的水解方程式为TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋。(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；为防止空气中的氧气与反应物发生反应，应隔绝空气加热。可用稀盐酸除去钛中混有的镁。
15．(1)FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)Fe 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)加水稀释反应物 加碱中和生成的酸、加热等
(4)TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 4 480
(5)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O 1×10－5
解析：(1)因钛铁矿主要成分为FeTiO3，且滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，所以其主要反应化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O，故需将溶浸产物中的Fe3＋除去，物质A为Fe，“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(3) “水解”反应为TiO2＋＋(x＋1)H2O===TiO2·xH2O↓＋2H＋，根据平衡移动原理，为提高TiO2·xH2O的产率可以加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等。(4)“电解”过程中阴极反应：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，阳极反应：2O2－－4e－===O2↑，若制得金属Ti 9.60 g，则n(Ti)＝n(O2)＝0.2 mol，V(O2)＝4 480 mL(标准状况下)。(5)由题意知该反应化学方程式为：Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O；由常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1，Ksp(FeCO3)＝2.025×10－11 mol2·L－2，则c(CO)＝＝1.013×10－5 (mol·L－1)。
16．(1)＋4 坩埚 CaSO4、CaSiO3
(2)TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4
(3)矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快
(4)B
(5)①当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30 s内不变回原色 ②%
解析：(1)设Ti的化合价为＋x，(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5化合价代数和等于0，(2×0.5＋2×0.5)＋2x－2×5＝0，x＝4；灼烧固体用坩埚；黑钛矿石[主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5，含有少量Al2Ca(SiO4)2]加入NH4HSO4焙烧后，加水过滤，沉淀中含有CaSO4 和CaSiO3；(2)由TiOSO4水解制备H2TiO3，反应方程式为：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4；(3)由图中变量结合影响反应的速率、转化率的因素，矿石粒度对TiO2的提取率影响，原因是矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快；(4)由图读出：金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(s，mol·L－1)，步骤④应该控制的pH范围是：钛酸沉淀pH大于2，而氢氧化铝不沉淀，pH小于3，故选B；(5)①铁离子过量时，反应结束，故终点现象为：当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30 s内不变回原色；②由TiO2～Fe3＋关系式，n(TiO2)＝n(Fe3＋)＝b mol· L－1×V×10－3 L×100 mL/20 mL＝5bV×10－3 mol，TiO2纯度为5bV×10－3 mol×80 g·mol－1/a g×100%＝%。
17．(1)第四周期第Ⅷ族
(2)TiO2＋＋2H2OH2TiO3↓＋2H＋ 防止Fe2＋被氧化为Fe3＋ 消耗多余的硫酸
(3)蒸发浓缩 冷却结晶
(4)FeSO4·7H2O(写成FeSO4也可)
(5)2Cl2＋TiO2＋2CTiCl4＋2CO
解析：(1)Fe在元素周期表中位于第四周期第Ⅷ族。(2)根据题意可知，TiO2＋水解时，结合水电离出的OH－生成H2TiO3。由于Fe2＋易被氧化，故加入过量铁粉可以防止Fe2＋被氧化为Fe3＋；加入的过量铁粉还可以消耗溶解钛铁矿时多余的硫酸。(3)经过操作1得到含TiO2＋的滤液和副产品，则操作1为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(4)依据流程图及原子守恒可知副产品为硫酸亚铁晶体。(5)该反应中氯气作氧化剂，焦炭作还原剂，根据焦炭过量可以确定产物中有CO，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式即可。
18．(1)非氧化还原反应 FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)H2TiO3TiO2＋H2O、TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO
(3)Ti在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合 稀盐酸
(4)TiO2(熔融)Ti＋O2↑
(5)6m＝19n＋6mw
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钛及其化合物
【核心知识梳理】
1．钛的原子结构——22Ti
电子排布式 1s22s22p63s23p63d24s2
简化电子排布式 [Ar]3d64s2
电子排布图(轨道表示式)
价层电子排布式 3d24s2
周期表中的位置 第四周期第ⅣB族
常见化合价 ＋3、＋4
2．钛
(1)常温时下，钛不与酸反应，但能溶于浓、热的盐酸和硫酸中
2Ti＋6HCl(浓)2TiCl3＋3H2↑
2Ti＋3H2SO4(浓)2Ti2(SO4)3＋3H2↑
(2)钛易溶于氢氟酸或含有氟离子的酸中：Ti＋6HFH2TiF6＋2H2↑
3．二氧化钛：二氧化钛在自然界以金红石为最重要，不溶于水
(1)两性氧化物，以酸性为主，不溶于稀酸，但能溶于氢氟酸和热的浓硫酸中
TiO2＋H2SO4(浓)2TiOSO4＋H2O
TiO2＋2NaOH===Na2TiO3＋H2O
TiO2＋6HF(浓)H2[TiF6]＋2H2O
(2)加热条件下与Cl2、C发生反应：TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO
4．氢氧化钛[Ti(OH)4]——两性氢氧化物，不溶于水，可能溶于酸、碱，高温煅烧可生成TiO2
5．四氯化钛(TiCl4)：四氯化钛是钛的一种重要卤化物，以它为原料，可以制备一系列钛化合物和金属钛
(1)在水中或潮湿空气中都极易水解将它暴露在空气中会发烟：TiCl4＋2H2O===TiO2↓＋4HCl
(2)Mg作还原剂可制备金属钛：TiCl4＋2MgTi＋4HCl
6．钛(Ⅳ)的配位化合物
钛(Ⅳ)能够与许多配合剂形成配合物，如[TiF6]2－、[TiCl6]2－、[TiO(H2O2)]2+ 等，其中与H2O2的配合物较重要。利用这个反应可进行钛的比色分析，加入氨水则生成黄色的过氧钛酸H4TiO6沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法
【巩固练习】
1．如今环境保护越来越受重视，某化工集团为减少环境污染，提高资源的利用率，将钛厂、氯碱厂、甲醇厂进行联合生产。其主要生产工艺如下(FeTiO3中Ti为＋4价)，下列叙述正确的是( )
A．该流程中只有“电解”“氯化”涉及氧化还原反应
B．“合成”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C．“氯化”时反应方程式为7Cl2＋2FeTiO3＋6C===2FeCl3＋2TiCl4＋6CO(条件省略)
D．上述流程中“Mg，Ar”可用“Mg，CO2”代替
2．某火电厂收捕到的粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小组对其进行综合处理的流程如下：Ksp[Al(OH)3]=1.0×10 34，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10 38。已知：“酸浸”后钛主要以TiOSO4形式存在，强电解质TiOSO4在溶液中仅能电离SO和一种阳离子，该离子会水解，下列说法不正确的是( )
A．“酸浸”时TiO2发生反应的离子方程式为TiO2＋2H+===TiO2+＋H2O
B．“结晶”时温度需控制在70℃以上，温度过低TiO2·xH2O产率降低
C．为使滤渣2沉淀完全，需“调pH"最小为4.3
D．MgCl2溶液制备MgCl2·6H2O需要在HCl的气氛下蒸发浓缩
3．用TiOSO4溶液生产纳米TiO2的工艺流程如下，下列说法错误的是( )
A．在实验室中进行“操作Ⅰ”，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗
B．“沉钛”时反应的离子方程式为TiO2＋＋2NH3·H2O===TiO(OH)2↓＋2NH
C．回收“滤液”中的(NH4)2SO4，应采用蒸发结晶法
D．纳米TiO2形成分散系时，具有较好的光线散射能力
4．(2022 湖南卷)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG＜0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃ 时，下列反应不能自发进行的是_______
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
(2)TiO2与C、Cl2，在600℃ 的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质 TiCl4 CO CO2 Cl2
分压/MPa 4.59×10－2 1.84×10－2 3.70×10－2 5.98×10－9
①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为____________________________
②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是_______
(3)“除钒”过程中的化学方程式为__________________________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是_______
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_________________________
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是_________________________
A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞
5．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。回答下列问题：
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、 MgO、CaO、 Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：_________________________________________________________
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_______
(3)“母液①”中Mg2＋浓度为_________mol·L－1
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是______，“酸溶渣”的成分是____________________
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________
(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________， 循环利用
6．(2017·全国I卷)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________
(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式____________________________
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因________________________
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式__________
7．(2017·北京卷)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：
资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2
沸点/℃ 58 136 181(升华) 316 1412
熔点/℃ 69 25 193 304 714
在TiCl4中的溶解性 互溶 —— 微溶 难溶
(1)氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝＋175.4 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式_______________________
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据_______________________________________
③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是__________________________
④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________
(2)精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下：
物质a是______________，T2应控制在_________
8．钛是一种稀有金属，钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分广阔，某中学对此开展了相应的研究性学习。
Ⅰ．甲小组同学以TiO2、TiCl4、H2为原料，用如下装置制备Ti2O3
B为直形管式电阻炉，880℃ 时，该装置内先后发生以下反应：
①3TiO2＋TiCl4＋2H2===2Ti2O3＋4HCl
②2TiCl4＋H2===2TiCl3＋2HCl
已知：①TiCl4易挥发，在高温下能与O2反应生成氧化钛，但不与HCl反应。它易与水发生反应，生成HCl，并且可以溶解于有机溶剂中
②TiO2、Ti2O3熔沸点较高，在反应装置内为固态
(1)出于实验安全考虑，给装置A和B加热前应该进行的实验操作是_________________________
(2)装置D中浓硫酸的作用是_______________
(3)TiCl4过多，易引发副反应②，可通过调节__________控制TiCl4通入量
Ⅱ．乙小组同学利用如下装置在实验室制备TiCl4(夹持装置略去)。
(4)装置C中除生成TiCl4外，还生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为______________________
(5)利用如图装置测定所得TiCl4的纯度：取1.0 g产品加入烧瓶，向安全漏斗中加入适量蒸馏水，待TiCl4充分反应后，将烧瓶和漏斗中的液体一并转入锥形瓶中，测定生成的Cl－的含量。滴加几滴0.10 mol·L－1 K2CrO4溶液作指示剂，用0.5000 mol·L－1 AgNO3 标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液40.00 mL
已知：常温下，AgCl比Ag2CrO4 优先沉淀，Ag2CrO4 为砖红色沉淀，TiCl4＋(n＋2)H2O===TiO2·nH2O↓＋4HCl
①安全漏斗的作用是______________________
②Cl－刚好完全沉淀时观察到的现象是_________________________________
③产品的纯度为______%
9．废SCR催化剂(含TiO2、V2O5、WO3等)的回收对环境保护和资源循环利用意义重大。通过如下工艺流程可以回收其中的钛、钒、钨等。
已知：①TiO2、V2O5和WO3都能与NaOH溶液反应，分别生成不溶性的Na2TiO3和可溶性的NaVO3、Na2WO4
②Ksp(CaWO4)＝9×10－9。
回答下列问题：
(1)基态23V原子的价层电子轨道表示式为__________________
(2)“球磨”的目的是_____________________________________________
(3)“碱浸”后通过_________(填操作名称)可以实现钛与钒、钨分离
(4)“酸浸”后钛主要以TiO2＋形式存在，“热水解”反应的离子方程式为__________________________________
(5)“煅烧”NH4VO3的化学方程式为_____________________________________________
(6)“沉钨”中析出CaWO4时，需要加入过量CaCl2，其目的是___________________________
(7)向20 mL 0.3 mol·L－1 Na2WO4的滤液中加入等体积的CaCl2溶液（忽略混合过程中的体积变化），欲使WO浓度小于1×10－6 mol·L－1，则CaCl2溶液的最小浓度为_________mol·L－1
10．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料。某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备TiO2和CaTiO3，并利用黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如图1所示，回答下列问题：
(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150 ℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图2所示。50 min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为___________________________；采用H2O2作氧化剂时，其效率低的原因可能是__________________________________
(2)向“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH2)2]，TiO2＋转化为TiO2，写出相应反应的离子方程式：___________________________________________________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是_________________________________________________________
(3)写出“高温煅烧”中由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：___________________________________________
(4)Fe3＋恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，计算此时溶液的pH＝________________
[Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39、水的Kw＝1.0×10－14]
(5)黄钾铁矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3＋时，不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3的原因是_____________________________________________________________________________
11．金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，含少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示
(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是________(填操作名称)
(2)滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，步骤①中生成TiO2＋的化学方程式为_______________________________，
硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示，据此判断，酸浸时所加硫酸的质量分数应为_______(填范围)
(3)请结合离子方程式解释步骤④中加热水的原因：________________________________________________
(4)电解法制备Ti的装置是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。Ti在________(填“阳极”或“阴极”)生成，________(填“能”或“不能”)将熔融CaO换成石灰乳
12．钛酸锰(MnTiO3)纳米材料是一种多用途催化剂。工业上用红钛锰矿(主要成分有MnTiO3，还含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等杂质)来制备MnTiO3，其工艺流程如图所示：
已知：①红钛锰矿“酸溶”后Ti元素主要以TiO2＋的形式存在； ②H2TiO3不溶于无机酸和碱，不溶于水
③在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4
回答下列问题：
(1)“粉碎”的目的是__________________________________
(2)“酸溶”中发生的主要反应化学方程式为____________________________________
(3)为了更好地把滤渣2分离出来，除搅拌外，还需要________(填操作名称)
(4)“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，而不选择通常人们认可的绿色氧化剂“双氧水”，除了高锰酸钾氧化性强、反应快之外，还可能的原因是_____________(写出一条即可)。
(5)“沉锰”的条件一般控制在45 ℃以下的原因是_______________________________
(6)TiO2＋的水解率受温度和H＋浓度的影响如图所示，TiO2＋最适宜的水解条件是________________
(7)测定所得MnCl2·xH2O晶体中结晶水的含量。取29.70 g样品加热分解，热重曲线(TG)如图所示。所得氯化锰晶体x的值是________
13．钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO3)制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下，回答下列问题：
已知：①TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中
②25 ℃时TiO(OH)2溶度积Ksp＝1×10－29
③常温下，难溶电解质溶解度与pH关系如图
(1)写出钛铁矿酸浸时反应的离子方程式：__________________________
(2)操作Ⅱ包含的具体操作方法有_____________________________________________________
(3)向“富含 TiO2＋溶液”中加入Na2CO3粉末的作用是__________________________________________，TiO2＋水解的离子方程式为________________________，当溶液pH＝________时，TiO(OH)2已沉淀完全
(4)加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋的原因是________________________________________________
14．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示，回答下列问题：
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为______________；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为_____________________________________________
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是_________________________________________，此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示
氢氧化物 Fe(OH)2 TiO(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 8.0×10－16 1.0×10－29 1.8×10－11
①常温下，若所得溶液中Mg2＋的物质的量浓度为0.001 8 mol·L－1，当溶液的pH等于______时，Mg(OH)2开始沉淀
②若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为______________________________________________
(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为____________________________。Mg还原TiCl4过程必须在1 070 K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是______________，除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是________
15．钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示
(1)滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，则“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为______________________
(2)物质A为________(填化学式)，“一系列操作”为__________________________________________________
(3)“水解”步骤中生成TiO2·xH2O，为提高TiO2·xH2O的产率，可采取的措施有________________________、________________________(写出两条)
(4)“电解”是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。阴极的电极反应式为_________________________；
若制得金属Ti 9.60 g，阳极产生气体________mL(标准状况下)
(5)将少量FeSO4·7H2O溶于水，加入一定量的NaHCO3溶液，可制得FeCO3，写出反应的离子方程式__________；若反应后的溶液中c(Fe2＋)＝2×10－6 mol·L－1，则溶液中c(CO)＝________mol·L－1(已知：常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1)
16．钛白粉(TiO2)广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。利用黑钛矿石[主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5，含有少量Al2Ca(SiO4)2]制备TiO2，工艺流程如下，回答下列问题：
已知：TiOSO4易溶于水，在热水中易水解生成H2TiO3
(1)(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5中钛元素的化合价为________，实验“焙烧”所需的容器名称是________，“滤渣”的主要成分是________(填化学式)
(2)制取H2TiO3的化学方程式为___________________________
(3)矿石粒度对TiO2的提取率影响如图，原因是_____________________
(4)相关的金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(s，mol·L－1)如图所示，步骤④应该控制的pH范围是_______
A．1～2 B．2～3 C．5～6 D．10～11
(5)常用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：用足量酸溶解a g二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 mL，取20.00 mL，以NH4SCN作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为：Ti3＋＋Fe3＋===Ti4＋＋Fe2＋
①滴定终点的现象为__________________________
②滴定终点时消耗b mol· L－1 NH4Fe(SO4)2溶液V mL，则TiO2纯度为________(写表达式)
17．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，请回答下列问题：
(1)铁在元素周期表中的位置为_________________________________
(2)写出TiO2＋水解的离子方程式：__________________________________________________，加入过量铁粉
的作用是①__________________________________；②________________________________________
(3)操作1的实验步骤为____________、____________、过滤
(4)副产品主要成分的化学式为_________________________________________
(5)写出TiO2转化成TiCl4的化学方程式：__________________________________________________
18．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。以钛铁矿(主要成分FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，同时获得副产品甲的工业生产流程如下：
回答下列问题：
(1)已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成。则该反应属于____________(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)，写出该反应的化学方程式______________________________________
(2)写出上述反应②、③的化学方程式________________________________________
(3)反应④要在氩气氛围中进行的理由是______________________________，最终所得到的金属钛中会混有少量杂质，可加入__________溶解后除去
(4)用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为_________________________
(5)如果取钛铁矿m吨，杂质的百分含量为w，最终生产出钛n吨(不考虑损耗)，则m、n、w三者之间的数学关系是_________________(已知Ti的相对原子质量为48)
【钛及其化合物】答案
1．C。解析：由氢气合成甲醇的过程中也涉及氧化还原反应，A项错误；根据CO＋2H2―→CH3OH可以看出，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，B项错误；根据工艺图不难看出“氯化”即氯气、钛铁矿和焦炭反应得到四氯化钛、一氧化碳和氯化铁的过程，C项正确；二氧化碳和镁会发生反应，因此不能用二氧化碳来作保护气，D项错误。
2．B。解析：粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等，加入硫酸酸浸过滤得到滤渣1和滤液，氧化铝溶解生成硫酸铝，氧化亚铁溶解生成硫酸亚铁，氧化铁溶解生成硫酸铁，氧化镁溶解生成硫酸镁，“酸浸”后钛主要以TiOSO4形式存在，滤渣为二氧化硅，加入铁粉还原铁离子生成亚铁离子，结晶析出硫酸亚铁晶体，过滤，得到滤液1含硫酸铝、硫酸镁、TiOSO4、少量硫酸亚铁，水解过滤，TiOSO4生成TiO2·xH2O，经酸洗水洗干燥和灼烧后得到TiO2，滤液2中含硫酸铝和硫酸镁、少量硫酸亚铁，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液pH使铝离子和铁离子全部沉淀，过滤得到滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液3含硫酸镁，最终获取MgCl2·6H2O。A．根据题干信息知“酸浸”后TiO2反应生成TiOSO4，TiOSO4电离产发生SO和TiO2+，则反应的离子方程式为TiO2+2H+= =TiO2++H2O，故A正确；B．“结晶”需控制在70℃左右，温度过高会导致TiO2+提前水解混入硫酸亚铁晶体，降低TiO2·xH2O的产量，故B错误；C．调节溶液pH目的是铝离子、铁离子沉淀完全除去，因Ksp[Al(OH)3]=1.0×10 34，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10 38，阴阳离子比相同，Ksp[Al(OH)3]＞Ksp[Fe(OH)3]，则铝离子沉淀完全对应溶液pH最小，结合溶度积常数计算，c3(OH )=，c(OH )=10 9.6mol/L，c(H+)=，pH=4.3，故C正确；D．用MgCl2溶液制备MgCl2·6H2O，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥等；因为加热蒸发促进氯化镁水解，为抑制氯化镁水解应在HCl的气氛下蒸发浓缩，故D正确。
3．C。解析：根据流程，沉钛时的反应为TiO2＋＋2NH3·H2O===TiO(OH)2↓＋2NH，滤液的主要成分为硫酸铵，操作Ⅰ为过滤，需要的玻璃仪器为烧杯、玻璃棒和漏斗，故A、B正确；硫酸铵溶解度随温度的变化较大，用加热浓缩、冷却结晶的方法，故C错误；纳米TiO2形成分散系时，形成胶体，胶体具有较好的光线散射能力，故D正确。
4．(1)C
(2)①5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2
②随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO
(3)3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3 蒸馏
(4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质
(5)AC
解析：钛渣中加入C、Cl2进行沸腾氯化，转化为相应的氯化物，降温收尘后得到粗TiCl4，加入单质Al除钒，再除硅、铝得到纯TiCl4，加入Mg还原得到Ti。
(1)记①C(s)＋O2(g)===CO2(g)，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，③TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)，
④TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)；
A．由图可知，600℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故A不符合题意；
B．由图可知，600℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故B不符合题意；
C．由图可知，600℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG＞0，反应不能自发进行，故C符合题意；
D．根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由①+③得到，则600℃时其ΔG＜0，反应自发进行，故D不符合题意；故选C；
(2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO2，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2，故答案为：5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2；
②随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO，导致CO含量升高，故答案为：随着温度升高，CO2与C发生反应C＋CO22CO；
(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采用蒸馏方法分离AlCl3、SiCl4，故答案为：3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；蒸馏；
(4)若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质，因此“除钒”和“除硅、铝”的顺序不能交换，故答案为：不能；若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质；
(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法；A．高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；B．电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意；C．铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意；D．Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意；故答案选AC，故答案：AC。
5．(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑
(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
(3)1.0×10－6
(4)硫酸 SiO2、CaSO4
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(6)(NH4)2SO4
解析：(1)氧化铝转化为硫酸铝铵发生的反应为氧化铝、硫酸铵在高温条件下反应生成硫酸铝铵、氨气和水，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题给开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1。(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
6．(1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h
(2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O
(3)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4
(5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2＝1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀
(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
解析：(1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h,90 ℃、5 h。
(2)“酸浸”时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O。
(3)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
(4)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
(5)根据Ksp(FePO4)＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，可得c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。c(Mg2＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]＝1.0×10－24，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。
(6)煅烧过程中，Fe元素化合价由＋3降至＋2，被还原，则H2C2O4应作还原剂，其氧化产物为CO2，反应的化学方程式为2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O。
7．(1)①TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝－45.5 kJ·mol－1
②＞ 随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应
③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④MgCl2、AlCl3、FeCl3
(2)SiCl4 高于136℃，低于181℃
解析：(1)①生成TiCl4和CO的反应方程式为TiO2＋2Cl2＋2C===TiCl4＋2CO，根据盖斯定律，两式相加，得到TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝(－220.9 kJ·mol－1)＋(＋175.4 kJ·mo－1)＝－45.5 kJ·mol－1 。②根据图像，随着温度的升高，CO的浓度增加，CO2浓度降低，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH＞0。③除去氯气中混有HCl一般采用将气体通过饱和食盐水，结合操作目的，因此先通过饱和食盐水，然后在通入FeCl2溶液中，最后用氢氧化钠溶液吸收剩余的Cl2。④资料中已经给出“TiCl4及所含杂质氯化物的性质”一览表，因此氯化过程中生成的MgCl2、AlCl3、FeCl3只有少量溶解在液态TiCl4中，而SiCl4完全溶解在TiCl4中，因此过滤得到粗TiCl4混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。(2)根据资料，SiCl4的沸点最低，先蒸馏出来，因此物质a为SiCl4，根据流程目的，为了得到纯净的TiCl4，后续温度需控制在稍微大于136℃，但小于181℃。
8．(1)先通H2排出装置内的空气
(2)防止空气中的水进入装置
(3)A中水浴的温度
(4)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO
(5)吸收产生的HCl气体，防止HCl的逸出，影响测定结果的准确性 出现砖红色沉淀 95
解析：I：实验中应先通一段时间氢气后，排除装置内空气；然后打开装置B的加热开关，TiO2、TiCl4、H2反应生成Ti2O3，反应完毕后，关闭装置B的加热开关，待冷却后再关闭K1、K2；C装置的作用是收集冷凝的TiCl4并防止倒吸，D中浓硫酸防止空气中水蒸气进入装置。
Ⅱ．本实验利用Cl2与TiO2反应制备TiCl4，A为制备Cl2的装置，C、D分别为制备、收集TiCl4的装置，因TiCl4易与水发生水解反应，要求制备和收集过程无水，故在C前、D后都要加干燥装置，所以B、E中盛放试剂为浓硫酸；F中盛放NaOH溶液，目的是除去未反应的Cl2。
(1)根据分析，给装置A和B加热前应该进行的实验操作是：先通H2排出装置内的空气；
(2)根据分析，装置D中浓硫酸的作用是：防止空气中的水进入装置；
(3)TiCl4的过多，容易引发副反应②，可通过调节装置A中水浴的温度，控制TiCl4的汽化量，达到调整TiCl4的通入量；
(4)根据元素守恒可知一种气态不成盐氧化物为CO，则该反应的化学方程式为：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；
(5)①安全漏斗的作用是：吸收产生的HCl气体，防止HCl的逸出，影响测定结果的准确性；②根据题给信息可知，Cl－刚好完全沉淀时，再多滴加硝酸银反应将生成Ag2CrO4砖红色沉淀，因此观察到的现象是出现砖红色沉淀；③根据元素守恒关系：，，产品的纯度为
9．(1)
(2)增大接触面积，提高“碱浸”反应速率
(3)过滤
(4)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(5)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
(6)利用同离子效应，促进CaWO4尽可能析出完全
(7)0.318
解析：
(1)基态23V原子的价层电子排布式为3d34s2，则价层电子轨道表示式为。
(3)由已知①知，“碱浸”后得到可溶性的NaVO3、Na2WO4和不溶性的Na2TiO3，则可以通过过滤实现钛与钒、钨分离。
(4)由流程图知，“热水解”时TiO2＋转化为TiO2·xH2O，离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(5)“煅烧”NH4VO3得到V2O5，V元素化合价不变，发生非氧化还原反应，根据原子守恒配平化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。
(6)“沉钨”时析出CaWO4的反应为Ca2＋＋WO===CaWO4↓，加入过量CaCl2，可增大Ca2＋浓度，促进CaWO4尽可能析出完全。
(7)根据Ca2＋＋WO===CaWO4↓知，生成CaWO4沉淀需要20 mL 0.3 mol·L－1 CaCl2溶液，欲使WO浓度小于1×10－6 mol·L－1，则溶液中c(Ca2)＞ mol·L－1＝9×10－3 mol·L－1，则加入的CaCl2溶液的最小浓度为0.3 mol·L－1＋9×10－3 mol·L－1×2＝0.318 mol·L－1。
10．(1)KClO3 在温度较高时H2O2易分解[或产物中的Fe3＋可以催化H2O2的分解(其他合理答案也可，如H2O2氧化能力弱)]
(2)TiO2＋＋CO(NH2)2＋2H2OTiO2＋CO2↑＋2NH 避免将溶液中Fe3＋沉淀
(3)TiO2＋CaCl2·2H2OCaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑
(4)2.7
(5)Fe(OH)3为絮状沉淀，不容易分离
解析：(1)根据题目要求结合图像，在50 min时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO4和KClO3，但KMnO4作氧化剂引入了Mn2＋，对后续的物质分离会造成干扰，故选用KClO3作氧化剂。(2)由TiO2＋转化为TiO2可知，Ti元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸性环境中，C、N元素的产物为CO2、NH；由于Fe3＋开始沉淀需要的pH很小，直接通入NH3会使溶液pH快速增大，容易使Fe3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3，可以避免溶液中Fe3＋沉淀。(3)由信息可知制备CaTiO3的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl、H2O。(4)根据Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39和溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1可知，溶液中OH－的浓度为 mol·L－1≈1.0×10－11.3 mol·L－1，c(H＋)＝＝＝10－2.7 mol·L－1，所以pH为2.7。(5)氢氧化铁为絮状沉淀，不易于从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3。
11．(1)过滤
(2)FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O 80%～85%
(3)TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动
(4)阴极 不能
解析：(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是过滤；(2)反应物为钛铁矿，生成物为FeSO4、TiOSO4及H2O，化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；根据图像可知硫酸质量分数在80%～85%之间时浸出率最大；(3)TiO2＋在水溶液中发生水解TiO2＋＋2H2O??H2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动，生成H2TiO3; (4)由TiO2生成Ti，Ti元素化合价降低发生还原反应，电解池中阴极得电子发生还原反应；若换成石灰乳，石灰乳中有水，阴极将产生氢气，无法得到金属钛，所以不能将熔融CaO换成石灰乳。
12．(1)增大接触面积，加快反应速度，提高浸取率
(2)MnTiO3＋2H2SO4===MnSO4＋TiOSO4＋2H2O
(3)加热(或电泳)
(4)根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可)
(5)升温可以加快反应速度，但超过45 ℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45 ℃以下可以提高原料利用率(转化率)
(6)温度105 ℃，H＋浓度0.90 g·L－1
(7)4
解析：(5)沉锰的反应为：MnSO4＋2NH4HCO3===(NH4)2SO4＋MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，“沉锰”的条件一般控制在45 ℃以下的原因是升温可以加快反应速度，但超过45 ℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45 ℃以下可以提高原料利用率(转化率)。
(7)由题中信息，在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200 ℃时，失去全部结晶水，∶＝1∶x，x＝4，所得氯化锰晶体x的值是4。
13．(1)FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O
(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)调节溶液pH，促进TiO2＋水解 TiO2＋＋2H2OTiO(OH)2↓＋2H＋ 2.5
(4)避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀
解析：(1)钛铁矿酸浸时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O。(2)向含有TiO2＋、Fe2＋、Fe3＋等的酸性溶液中加入适量的Fe屑，发生反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶就会产生FeSO4·7H2O，然后将晶体过滤出来，就得到了绿矾。(3)滤液中含有大量的TiO2＋，向该溶液中加入Na2CO3粉末，调整溶液的酸碱性，促进TiO2＋的水解，由图像可知当溶液的pH＝2.5 时，TiO(OH)2已经完全沉淀。(4)若不加入铁屑，就会同时产生TiO(OH)2和Fe(OH)3导致制取的物质纯度不高，所以加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋，避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀。
14．(1)FeTiO3 FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)防止Fe2＋被氧化 ①10 ②TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋)
(3)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 隔绝空气 稀盐酸
解析：(1)由2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓H2SO4反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。(2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。①根据Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1.8×10－11，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝10－4mol·L－1，则c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－10 mol·L－1，pH＝－lg10－10＝10。②根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2，TiO2＋的水解方程式为TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋。(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；为防止空气中的氧气与反应物发生反应，应隔绝空气加热。可用稀盐酸除去钛中混有的镁。
15．(1)FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)Fe 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)加水稀释反应物 加碱中和生成的酸、加热等
(4)TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ 4 480
(5)Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O 1×10－5
解析：(1)因钛铁矿主要成分为FeTiO3，且滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，所以其主要反应化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O，故需将溶浸产物中的Fe3＋除去，物质A为Fe，“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(3) “水解”反应为TiO2＋＋(x＋1)H2O===TiO2·xH2O↓＋2H＋，根据平衡移动原理，为提高TiO2·xH2O的产率可以加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等。(4)“电解”过程中阴极反应：TiO2＋4e－===Ti＋2O2－，阳极反应：2O2－－4e－===O2↑，若制得金属Ti 9.60 g，则n(Ti)＝n(O2)＝0.2 mol，V(O2)＝4 480 mL(标准状况下)。(5)由题意知该反应化学方程式为：Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O；由常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1，Ksp(FeCO3)＝2.025×10－11 mol2·L－2，则c(CO)＝＝1.013×10－5 (mol·L－1)。
16．(1)＋4 坩埚 CaSO4、CaSiO3
(2)TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4
(3)矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快
(4)B
(5)①当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30 s内不变回原色 ②%
解析：(1)设Ti的化合价为＋x，(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5化合价代数和等于0，(2×0.5＋2×0.5)＋2x－2×5＝0，x＝4；灼烧固体用坩埚；黑钛矿石[主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5，含有少量Al2Ca(SiO4)2]加入NH4HSO4焙烧后，加水过滤，沉淀中含有CaSO4 和CaSiO3；(2)由TiOSO4水解制备H2TiO3，反应方程式为：TiOSO4＋2H2OH2TiO3↓＋H2SO4；(3)由图中变量结合影响反应的速率、转化率的因素，矿石粒度对TiO2的提取率影响，原因是矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快；(4)由图读出：金属难溶化合物在不同pH下的溶解度(s，mol·L－1)，步骤④应该控制的pH范围是：钛酸沉淀pH大于2，而氢氧化铝不沉淀，pH小于3，故选B；(5)①铁离子过量时，反应结束，故终点现象为：当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30 s内不变回原色；②由TiO2～Fe3＋关系式，n(TiO2)＝n(Fe3＋)＝b mol· L－1×V×10－3 L×100 mL/20 mL＝5bV×10－3 mol，TiO2纯度为5bV×10－3 mol×80 g·mol－1/a g×100%＝%。
17．(1)第四周期第Ⅷ族
(2)TiO2＋＋2H2OH2TiO3↓＋2H＋ 防止Fe2＋被氧化为Fe3＋ 消耗多余的硫酸
(3)蒸发浓缩 冷却结晶
(4)FeSO4·7H2O(写成FeSO4也可)
(5)2Cl2＋TiO2＋2CTiCl4＋2CO
解析：(1)Fe在元素周期表中位于第四周期第Ⅷ族。(2)根据题意可知，TiO2＋水解时，结合水电离出的OH－生成H2TiO3。由于Fe2＋易被氧化，故加入过量铁粉可以防止Fe2＋被氧化为Fe3＋；加入的过量铁粉还可以消耗溶解钛铁矿时多余的硫酸。(3)经过操作1得到含TiO2＋的滤液和副产品，则操作1为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(4)依据流程图及原子守恒可知副产品为硫酸亚铁晶体。(5)该反应中氯气作氧化剂，焦炭作还原剂，根据焦炭过量可以确定产物中有CO，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式即可。
18．(1)非氧化还原反应 FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)H2TiO3TiO2＋H2O、TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO
(3)Ti在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合 稀盐酸
(4)TiO2(熔融)Ti＋O2↑
(5)6m＝19n＋6mw
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