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的流程如下：

（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，涉及到的步骤为：

TiO₂TiCl₄Ti

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环境中进行的理由是______________________。

Answer 1

解析：认真审题，发现第（1）（4）两问分别涉及Ti在周期表中的位置和热化学方程式的加合性，游离于“流程图”之外，而（2）（3）两问与“流程图”密切相关。

由FeTiO₃制取TiO₂，要实现铁元素和钛元素的分离：经过H₂SO₄处理后，Fe³⁺、Fe²⁺用铁还原为Fe²⁺之后在低温下析出FeSO₄·7H₂O晶体；TiO²⁺水解得到H₂TiO₃后煅烧而得到TiO₂。涉及的化学方程式有：

Fe₂O₃+3H₂SO₄====Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、FeTiO₃+2H₂SO₄====TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O、Fe+Fe₂（SO₄）₃====3FeSO₄、TiOSO₄+2H₂OH₂TiO₃↓+H₂SO₄、

H₂TiO₃TiO₂+H₂O。

那么步骤①中加Fe是为了还原Fe³⁺，②中冷却是为了让FeSO₄·7H₂O析出。可利用的副产物是绿矾，而废液主要是废酸，宜加入石灰或废碱（成本低）来处理。

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、废碱)

(4)-80 kJ·mol^-1［由①×2-②+③而得。］

防止高温下Mg(Ti)与空气中的O₂(或CO₂、N₂)作用