Question

钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO₂)是目前最好的白色颜料。制备去TiO₂和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。含有Fe₂O₃的钛铁矿(主要成分为FeTiO₃)制取TiO₂的流程如图2-3-3所示：

图2-3-3

(1)Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_________周期，第_________族。

(2)步骤①加Fe的目的是：_____________________________________________；

步骤②冷却的目的是：________________________________________________。

(3)上述制备TiO₂的过程中，可以利用的副产物是_________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入_________处理。

(4)由金红石(TiO₂)制取单质Ti，涉及的步骤为：

已知：①C(s)+O₂(g)====CO₂(g);  ΔH=-393.5 kJ·mol^-1

②2CO(g)+O₂(g)====2CO₂(g);  ΔH=-566 kJ·mol^-1

③TiO₂(s)+2Cl₂(g)====TiCl₄(s)+O₂(g);  ΔH=+141 kJ·mol^-1

则TiO₂(s)+2Cl₂(g)+2C(s)====TiCl₄(s)+2CO(g)的ΔH=_________。

反应TiCl₄+2Mg====2MgCl₂+Ti在Ar气氛中进行的理由是____________________________。

Answer 1

解析：本题是一道典型的无机物框图制备题。不仅考查对基础知识的掌握，还主要考查学科知识的综合应用能力。

(1)由原子序数推断元素在周期表中的位置，关键是熟悉元素周期表的结构，即各周期起止元素的原子序数、各族的相对位置等。Ti的原子序数为22，与熟悉的Ca(原子序数为20)相近，由Ca在元素周期表中的位置，分析推断Ti位于第四周期，第ⅣB族。

(2)由框图所示流程分析可知，要将TiO²⁺与Fe³⁺、Fe²⁺分离，需要先加入铁粉将Fe³⁺还原为Fe²⁺，趁热过滤除去残渣，再将滤液冷却使FeSO₄·7H₂O析出。

(3)制备TiO₂过程中的副产物FeSO₄·7H₂O在工农业生产和日常生活中有较多的应用。在分离出H₂TiO₃的废液中，还含有少量的TiO²⁺、Fe²⁺，可加入石灰(或碳酸钙、纯碱)降低H⁺的浓度，使之转化为沉淀析出，进行循环利用。

(4)反应热只与反应的始态和终态有关，而与具体的反应进行的途径无关。将已知热化学方程式相加减③+2×①-②得TiO₂(s)+2Cl₂(g)+2C(s)====TiCl₄(s)+2CO(g),其ΔH=141 kJ·mol^-1+2×(-393.5 kJ·mol^-1)-(-566 kJ·mol^-1)=-80 kJ·mol^-1。因为在高温下，Mg (Ti)与空气中的O₂(或CO₂、N₂)作用，所以用Mg还原TiCl₄时要在惰性气氛(Ar)中进行。

答案：(1)4  ⅣB  (2)将Fe³⁺还原为Fe²⁺  析出(或分离，或得到)FeSO₄·7H₂O

(3)FeSO₄·7H₂O  石灰(或碳酸钙、纯碱)

(4)-80 kJ·mol^-1  防止高温下Mg(Ti)与空气中的O₂(或CO₂、N₂)作用