Question

【题目】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_________；

（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。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，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，取无色滤液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+。滴定终点时的现象是___________________________________，若用去了30.00mL FeC13溶液，待测钛液中TiOSO4的物质的量浓度是______________mol/L。

【答案】 漏斗、玻璃棒 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 TiCl4+4Na Ti+4NaCl TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2- 酸式滴定管 溶液由无色变成红色且半分钟不褪色 1.50 mol/L

【解析】钛铁矿用浓硫酸溶解，浓硫酸具有酸性，强氧化性，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，还可能有少量Fe2(SO4)3；向所得溶液中加入大量水稀释后，加入过量铁粉还原Fe3+，过滤得到滤液中只含有TiOSO4和FeSO4；TiOSO4水解过滤后得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入Cl2、过量碳高温反应生成TiCl4，TiCl4和Mg高温反应得到MgCl2和Ti。

（1）操作1为过滤，所需玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，故还缺少的仪器为：漏斗和玻璃棒；故答案为：漏斗、玻璃棒；

（2）TiOSO4遇水会水解，水解方程式为TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解是吸热过程，加热能促进水解；加水稀释，促进水解。

故答案为：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）在流程中，金属镁置换出钛单质，反应方程式为：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。钛的还原性介于铝与锌之间，即还原性：Al＞Ti＞Zn，又因为还原性Na＞Al＞Zn＞Fe，则Na＞Al＞Ti＞Zn＞Fe，故Na、Zn、Fe三种金属中只能选择金属Na代替镁。反应方程式为：TiCl4+4Na

Ti+4NaCl。

故答案为：TiCl4+4NaTi+4NaCl；

（4）根据题意可知，TiO2作阴极，得电子，被还原得到单质Ti，则阴极电极反应式为：TiO2+4e-=Ti+2O2-。故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）FeC13有强的氧化性，腐蚀橡胶，且其溶液呈酸性，所以选择酸式滴定管。用KSCN溶液作指示剂，TiO2+反应完之前溶液为无色。当反应完，再滴入1滴FeC13溶液，溶液立即变红色，且半分钟后溶液颜色不褪色，到达滴定终点，停止滴定。

滴定过程中消耗n(FeC13)=0.1mol/L×0.03L=0.003mol。根据反应方程式可得出TiOSO4与Fe3+的关系式：TiOSO4～Ti3+～Fe3+，即滴定过程中n(FeC13)= n(TiOSO4)= 0.003mol。原待测液为10mL，稀释至100mL后，取2omL溶液进行滴定实验。所以原10mL待测液中含n(TiOSO4)= 0.003mol×=0.015mol，c(TiOSO4)= =1.5 molL-1。

故答案为：酸式滴定管；溶液由无色变成红色且半分钟不褪色 ；1.5 molL-1．

【题型】综合题
【结束】
11

【题目】Fe3＋与CN－、F－、有机分子等形成的化合物具有广泛的应用。

（1）Fe3＋基态核外电子排布式为________。

（2）乙酰基二茂铁是常用汽油抗震剂，其结构如图甲所示。此物质中碳原子的杂化方式是__________。

（3）C、N、O原子的第一电离能由大到小的顺序是___________________________。

（4）配合物K3Fe(CN)6可用于电子传感器的制作。与配体互为等电子体的一种分子的化学式为________________。已知(CN)2是直线形分子，并具有对称性，则(CN)2中π键和σ键的个数比为__________________。

（5）F－不仅可与Fe3＋形成3－，还可以与Mg2＋、K＋形成一种立方晶系的离子晶体，此晶体应用于激光领域，其结构如图乙所示，则该晶体的化学式为__________________________。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d5(或3d5) sp3、sp2 N>O>C CO(或N2) 4∶3 KMgF3

【解析】（1）Fe的原子序数为26，Fe3＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5(或3d5)。

（2）根据图中乙酰基二茂铁的结构可知，碳原子的杂化方式有两种。其中形成碳氧双键的碳原子和五元环上的碳原子杂化方式是sp2杂化，而-CH3上的碳原子杂化方式是sp3杂化。

（3）根据元素周期律，可知同周期元素原子第一电离能随着原子序数的增加逐渐增大，由于原子轨道上电子处于全满、半满和全空时较稳定，所以第ⅡA、ⅢA族以及第ⅤA、ⅥA主族存在反常，即同周期元素第ⅡA族的第一电离能大于第ⅢA族的第一电离能，第ⅤA族的第一电离能大于第ⅥA族的第一电离能，因此、、原子的第一电离能由大到小的顺序是N>O>C。

（4）配合物K3Fe(CN)6的配体是CN-，有14个电子，因此与其互为等电子体的分子有两种：CO或N2；(CN)2是直线型分子且具有对称性，可以判断碳氮之间形成三键，碳碳之间为单键连接，其结构式为N≡C-C≡N，因此键有4个，键有3个，个数比为。

（5）由晶胞结构图可知：K+位于体心，F-位于棱上，Mg2+位于顶点，因此每个晶胞中有1个K+、1/4×12=3个F-，1/8×8=1个Mg2+，则该晶体的化学式为KMgF3。