Question

9．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四周期，第ⅣB族．
（2）步骤①加铁的目的是将Fe³⁺还原为Fe²⁺
步骤②冷却的目的是析出（或分离、或得到）FeSO₄•7H₂O．
（3）上述制备TiO₂的过程中，可以利用的副产物是FeSO₄•7H₂O；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入石灰（或碳酸钙、废碱）处理．
（4）由金红石（TiO₂）制取单质Ti，涉及到的步骤为：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
则TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）═TiCl₄（s）+2CO（g） 的△H=-80kJ•mol^-1反应TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti 在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

Answer 1

分析 铁粉的作用由步骤①的前后以及最后所得产物中的FeSO₄•7H₂O分析，不难得出是为了除去混合溶液中的Fe³⁺；步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO₄•7H₂O可得，是为降低FeSO₄•7H₂O的溶解度；上述过程中，可以利用的副产物也可从反应产物入手分析为FeSO₄•7H₂O、CO、MgCl₂；Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应；图示水浸过程生成H₂TiO₃同时生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），应加入碱性物质处理，依盖斯定律，根据已知①，②可推算出2C（s）+O₂（g）=2CO（g）的△H=2×（-393.5）+566=-221 kJ•mol^-1，由此结合③可推算出△H=-221+141=-80 kJ•mol^-1，据此答题．

解答 解：（1）Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族，
故答案为：四；ⅣB；
（2）铁粉的作用是为了除去混合溶液中的Fe³⁺；步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO₄•7H₂O可得，是为降低FeSO₄•7H₂O的溶解度，
故答案为：将Fe³⁺还原为Fe²⁺；析出（或分离、或得到）FeSO₄•7H₂O；
（3）得到的副产物为FeSO₄•7H₂O，图示水浸过程生成H₂TiO₃同时生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），应加入碱性物质处理，可以是石灰（或碳酸钙、废碱），
故答案为：FeSO₄•7H₂O； 石灰（或碳酸钙、废碱）；
（4）依盖斯定律，将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是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，
故答案为：-80 kJ•mol^-1； 防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

点评 本题考查学生对工艺流程理解、阅读题目获取信息能力、氧化还原反应及方程式的书写等，难度中等，理解工艺流程是关键，需要学生具有阅读题目获取信息能力和灵活运用基础知识分析问题、解决问题能力．