Question

二氧化钛（TiO₂）广泛用于制造高级白色油漆，也是许多反应的催化剂．工业上用钛铁矿[主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质]作原料，制取二氧化钛及绿矾，其生产流程如图：

回答下列问题：
（1）Ti原子序数为22，则Ti位于周期表第

 

周期，第

 

列．
（2）FeTiO₃溶于过量硫酸的离子方程式

 

．
（3）流程中生成TiO₂?xH₂O离子方程式为

 

．
（4）若铁粉的用量不足，可能导致产品TiO₂中混有

 

杂质．
（5）以TiO₂为原料制取金属钛的其中一步反应为TiO₂+Cl₂+C

高温  .

TiCl₄+

 

，已知该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，则另一生成物为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：制取二氧化钛及绿矾，其生产流程为：钛铁矿[主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质]加过量硫酸，FeTiO₃溶于过量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，Fe₂O₃溶于过量硫酸，生成Fe³⁺离子，SiO₂杂质不溶于酸，过滤滤渣为SiO₂杂质，滤液为Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入铁粉，发生了反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷却过滤得绿矾和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加热条件下与水反应生成TiO₂?xH₂O，一定条件下得到TiO₂．   
（1）利用原子序数减去各周期容纳元素种数，据此判断所在周期与列；
（2）由工艺流程转化关系可知，FeTiO₃溶于过量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O；
（3）由工艺流程转化关系可知，TiO²⁺在加热条件下与水反应生成TiO₂?xH₂O，根据电荷守恒可知还生成H⁺；
（4）Fe²⁺容易氧化为Fe³⁺，铁粉的用量不足，滤液中的Fe³⁺，不能除尽．生成的TiO₂?xH₂O沉淀中含有氢氧化铁；
（5）反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，根据电子转移守恒计算碳元素在产物中化合价，据此结合元素守恒判断．

解答： 解：制取二氧化钛及绿矾，其生产流程为：钛铁矿[主要成分为FeTiO₃（钛酸亚铁，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂杂质]加过量硫酸，FeTiO₃溶于过量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，Fe₂O₃溶于过量硫酸，生成Fe³⁺离子，SiO₂杂质不溶于酸，过滤滤渣为SiO₂杂质，滤液为Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入铁粉，发生了反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷却过滤得绿矾和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加热条件下与水反应生成TiO₂?xH₂O，一定条件下得到TiO₂．   
（1）Ti原子序数为22，22-2-8-8=4，位于元素周期表第ⅣB族，所以Ti元素处于第四周期第4列，故答案为：四；4；
（2）由工艺流程转化关系可知，FeTiO₃溶于过量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，反应离子方程式为FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，
故答案为：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
（3）由工艺流程转化关系可知，TiO²⁺在加热条件下与水反应生成TiO₂?xH₂O，根据电荷守恒可知还生成H⁺，所以反应离子方程式为TiO²⁺+（x+1）H₂O=TiO₂?xH₂O+2H⁺，故答案为：TiO²⁺+（x+1）H₂O=TiO₂?xH₂O+2H⁺；
（4）铁粉的用量不足，滤液中的Fe³⁺，不能除尽，生成的TiO₂?xH₂O沉淀中含有氢氧化铁，最后氢氧化铁分解生成氧化铁，所以可能导致产品TiO₂中混有Fe₂O₃，
故答案为：Fe₂O₃；
（5）反应中Ti元素化合价未变化，氯元素化合价由0价降低为-1价，令碳元素在产物中等化合价为a，则a=2×[0-（-1）]，故a=2，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，结合元素守恒可知，TiO₂、Cl₂、C、TiCl₄的系数分别为1、2、2、1，所以未知物中含有C原子与O原子，碳元素化合价为+2，故为CO，系数为2，
故答案为：2CO；CO．

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．