题目内容

【题目】四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4，同时获得副产品甲的工业生产流程如下：

（1）已知酸浸反应FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O，则FeTiO3中铁元素的化合价为___________。

（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是使Fe3+还原为Fe2+，且反应得到的溶液中含钛元素的离子只有TiO2+，该过程发生的主要反应有：

①2Fe3++Fe===3Fe2+ ； ②2TiO2++Fe+4H+===2Ti3++Fe2++2H2O；③______________________________________。

（3）加热TiOSO4溶液可制备TiO2·nH2O胶体，其反应的化学方程式为__________________。

（4）由TiO2·nH2O胶体制得固体TiO2·nH2O，再用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K＝___________________。

（5）可循环利用的物质是_________，副产品甲含结晶水，其化学式是_______________。

（6）依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用___________方法。

TiCl4

SiCl4

熔点/℃

－25.0

－68.8

沸点/℃

136.4

57.6

【答案】+2 Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋ TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(胶体)+H2SO4 2.79×103 H2SO4 FeSO4·7H2O 蒸馏

【解析】

钛铁矿中加入强酸，强酸性浸出液中含有TiO2+、Fe2+、Fe3+等，再加入铁屑充分反应，该过程中有如下反应发生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2++Fe+4H+=2Ti3++Fe2++2H2O、Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋。溶液I经处理得到副产品绿矾FeSO4·7H2O和含有TiO2+的溶液II。将溶液II处理得到TiO2nH2O，煅烧后将粗TiO2和氯气、焦炭混合加热得到TiCl4，发生反应TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，并回收硫酸，据此分析解答。

(1) FeTiO3中钛的化合价为+4价，氧为-2价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0，则铁元素的化合价为+2价；

(2)反应得到的溶液中含钛元素的离子只有TiO2＋，该过程Ti3＋会继续被Fe3＋氧化生成TiO2＋，根据氧化还原反应的配平得反应为Ti3＋＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋＋Fe2＋＋2H＋；

(3)加热TiOSO4溶液水解可制备TiO2·nH2O 胶体，其反应的化学方程式为TiOSO4+(n+1)H2OTiO2·nH2O(胶体)+H2SO4；

(4)由Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39可得c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.79×10－39，反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝ ====2.79×103；

(5)溶液Ⅱ加热过滤后回收硫酸，而溶解钛铁矿时用浓硫酸，故可循环利用的物质是H2SO4，溶液Ⅰ冷却结晶后硫酸亚铁析出，副产品甲含结晶水，其化学式是FeSO4·7H2O；

(6)依据表中信息，TiCl4与SiCl4的沸点差异很大，所以采用蒸馏的方法进行分离。

练习册系列答案
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【题目】利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；

②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；

③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。回答下列问题：

（1）该图中有两处未画出，它们是______、__________。

（2）为什么所用NaOH溶液要稍过量_________________。

（3）倒入NaOH溶液的正确操作是_______________________。

（4）现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为______。

（5）假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：

实验

序号

起始温度t1/ ℃

终止温度t2/ ℃

盐酸

氢氧化钠溶液

混合溶液

1

20.0

20.1

23.2

2

20.2

20.4

23.4

3

20.5

20.6

23.6

依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝______(结果保留一位小数)。

（6）____(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是______。

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A B C

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（2）装置A中还会产生能够使得澄清石灰水变浑浊的另一种气体，请写出产生该气体的化学方程式____________________________为了验证该气体，应从下列①~⑤中选出必要的装置连接装置A中出口C处，从左到右的顺序是_____________（填序号），连接好装置，然后打开弹簧夹a，多次鼓入N2,其目的是________________________________。

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②将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥，称量得到 [Cr(CH3COO)2]2·2H2O。

③检查装置气密性后，往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液。

④关闭K2，打开K1，旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。

（1）正确的实验步骤为：_________________。

（2）装置甲中连通管a的作用是_______________________________________。

（3）三颈烧瓶中的Zn除了与盐酸生成H2外，发生的另一个反应的离子方程式为_______________________________________________。

（4）实现步骤①中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为_______________________。

（5）步骤④目的是___________________________________________。

（6）洗涤产品时，依次用去氧的冷蒸馏水、无水乙醇、乙醚，目的是_________________。

（7）已知其它反应物足量，实验时取用的CrCl3溶液中含溶质9.51g，实验后得干燥纯净的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O 9.48g，则该实验所得产品的产率为____(不考虑溶解的醋酸亚铬水合物)(用百分数表示，保留3位有效数字)。

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（1）该反应的离子方程式为 __________________________________ ．

实验条件作如下限定：所用KMnO4酸性溶液的浓度可选择0.01molL-1、0.001molL-1，每次实验KMnO4酸性溶液的用量均为4mL、H2C2O4溶液（0.1molL-1）的用量均为2mL．在其它条件相同的情况下，某同学改变KMnO4酸性溶液的浓度，测得以下实验数据（从混合振荡均匀开始计时）：

KMnO4酸性溶液的浓度/molL-1

溶液褪色所需时间t/min

第1次

第2次

第3次

0.01

14

13

11

0.001

6

7

7

（2）计算用0.001molL-1KMnO4酸性溶液进行实验时KMnO4的平均反应速率___________________________ （忽略混合前后溶液的体积变化）．

（3）若不经过计算，直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系是否可行？ _____________________ ．（填“行”或“不行”）

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