Question

12．鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產業鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率，減少環境污染．

請回答下列問題：
（1）Fe位于元素周期表中第四周期，第ⅤⅢ族．
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭經氯化得到四氯化鈦的化學方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O，再經焙燒制得．水解時需加入大量的水并加熱，請結合化學方程式和必要的文字說明原因：發生TiCl₄+（2+x）H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發，促使水解正向進行；
（4）反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據下表信息，需加熱的溫度略高于1412℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）用氧化還原滴定法測定TiO₂的質量分數：一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時，稱取TiO₂（摩爾質量為M g/mol）試樣w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液V mL，則TiO₂質量分數為$\frac{cVM}{10w}$%．（用代數式表示）
（6）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．若不考慮生產過程中物質的任何損失，上述產業鏈中每合成6mol甲醇，至少需額外補充H₂5mol．

Answer 1

分析 （1）Ti的原子序數為22，根據核外電子排布式確定在周期表中的位置；
（2）分析流程可知，鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳，依據原子守恒配平書寫；
（3）發生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發，促使水解正向進行；
（4）依據圖表數據中的數據分析，控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉化為蒸氣，Ti不融化；
（5）根據n=cV計算n（Fe³⁺），根據電子轉移守恒計算n（Ti³⁺），再根據Ti原子守恒計算n（TiO₂），根據m=nM計算m（TiO₂），進而計算TiO₂的質量分數；
（6）根據甲醇的物質的量計算需要CO、H₂的物質的量，根據n（CO）計算電解中生成的n（Cl₂），進而計算電解生成n（H₂），據此計算解答．

解答 解：（1）Fe的原子序數為26，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，故處于第四周期第ⅤⅢ族，
故答案為：四；ⅤⅢ；
（2）從圖示可知氯化時的反應物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據得失電子和原子守恒即可得出該反應的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）發生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發，促使水解正向進行；
故答案為：發生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發，促使水解正向進行；
（4）依據圖表數據分析可知，控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃，
故答案為：1412；
（5）n（Fe³⁺）=c mol/L×V×10^-3L=cV×10^-3mol，根據電子轉移守恒可知n（Ti³⁺）=n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，再根據Ti原子守恒n（TiO₂）=cV×10^-3mol，故m（TiO₂）=cV×10^-3mol×Mg/mol=cVM×10^-3g，故TiO₂的質量分數為$\frac{cVM×10{\;}^{-3}g}{wg}$×100%=$\frac{cVM}{10w}$%，
故答案為：$\frac{cVM}{10w}$%；
（6）由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根據2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7mol，根據2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需額外補充H₂為12mol-7mol=5mol，
故答案為：5．

點評 本題屬于化學工藝流程題目，涉及結構與位置關系、常用化學用語、對工藝流程的理解與條件控制、滴定應用、電解原理、化學計算等，題目綜合性較大，是一道不錯的能力考查題目，要求學生具有扎實的基礎與分析、解決問題的能力，難度中等．