Question

9．鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白（TiO₂）是目前最好的白色顏料．制備TiO₂和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵礦儲量居世界首位．含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）制取TiO₂的流程如下：

（1）Ti的原子序數為22，Ti位于元素周期表中第四周期，第ⅣB族．
（2）步驟①加鐵的目的是將Fe³⁺還原為Fe²⁺
步驟②冷卻的目的是析出（或分離、或得到）FeSO₄•7H₂O．
（3）上述制備TiO₂的過程中，可以利用的副產物是FeSO₄•7H₂O；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應加入石灰（或碳酸鈣、廢堿）處理．
（4）由金紅石（TiO₂）制取單質Ti，涉及到的步驟為：TiO₂→TiCl₄$→_{300℃，Ar}^{Mg}$Ti
已知：
①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393.5KJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566KJ•mol^-1
③TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（s）+O₂（g）；△H=+141KJ•mol^-1
則TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）═TiCl₄（s）+2CO（g） 的△H=-80kJ•mol^-1反應TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti 在Ar氣氛中進行的理由是防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 鐵粉的作用由步驟①的前后以及最后所得產物中的FeSO₄•7H₂O分析，不難得出是為了除去混合溶液中的Fe³⁺；步驟②冷卻的目的由操作過濾和得到的物質是FeSO₄•7H₂O可得，是為降低FeSO₄•7H₂O的溶解度；上述過程中，可以利用的副產物也可從反應產物入手分析為FeSO₄•7H₂O、CO、MgCl₂；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；圖示水浸過程生成H₂TiO₃同時生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），應加入堿性物質處理，依蓋斯定律，根據已知①，②可推算出2C（s）+O₂（g）=2CO（g）的△H=2×（-393.5）+566=-221 kJ•mol^-1，由此結合③可推算出△H=-221+141=-80 kJ•mol^-1，據此答題．

解答 解：（1）Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族，
故答案為：四；ⅣB；
（2）鐵粉的作用是為了除去混合溶液中的Fe³⁺；步驟②冷卻的目的由操作過濾和得到的物質是FeSO₄•7H₂O可得，是為降低FeSO₄•7H₂O的溶解度，
故答案為：將Fe³⁺還原為Fe²⁺；析出（或分離、或得到）FeSO₄•7H₂O；
（3）得到的副產物為FeSO₄•7H₂O，圖示水浸過程生成H₂TiO₃同時生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），應加入堿性物質處理，可以是石灰（或碳酸鈣、廢堿），
故答案為：FeSO₄•7H₂O； 石灰（或碳酸鈣、廢堿）；
（4）依蓋斯定律，將③+①×2-②可得：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g），
△H=（+141kJ•mol^-1）+2×（-393.5kJ•mol^-1）-（-566kJ•mol^-1）=-80 kJ•mol^-1，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：-80 kJ•mol^-1； 防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評 本題考查學生對工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關鍵，需要學生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運用基礎知識分析問題、解決問題能力．