Question

6．钛（Ti）被称为继铁，铝之后的第三金属，其合金广泛用于航天工业，称为21世纪钢铁．我国钛铁矿储量居世界首位，现以含杂质的钛铁矿（主要成份为FeTiO₃）制取Ti的流程如下：

回答下列问题：
（1）Ti的原子序数为22，它位于元素周期表中第四周期ⅣB族．
（2）上述制备Ti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，废液中可加入石灰（或碳酸钙、废碱）处理．
（3）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．
（4）反应④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．
（5）实验室取该矿石19.00克，通过上述流程，最终得到5.00g含镁4%的钛镁合金．假设实验室或工业生产中钛铁矿中杂质是不与浓H₂SO₄反应的固体，生产过程中钛的损失忽略不计，反应①过程中无气体产生，则工业使用该钛铁矿制得含镁4%的合金25.0吨，理论上最多可获得副产品FeSO₄•7H₂O是139吨．

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⁺，趁热过滤得热的FeSO₄溶液，步骤②为冷却，可得FeSO₄•7H₂O晶体，滤液水洗后得TiO₂•H₂O，煅烧得TiO₂，TiO₂与碳、氯气在高温下反应得TiCl₄和CO，用镁还原TiCl₄得Ti，据此答题．

解答 解：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⁺，趁热过滤得热的FeSO₄溶液，步骤②为冷却，可得FeSO₄•7H₂O晶体，滤液水洗后得TiO₂•H₂O，煅烧得TiO₂，TiO₂与碳、氯气在高温下反应得TiCl₄和CO，用镁还原TiCl₄得Ti，
（1）Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族，
故答案为：四；ⅣB；
（2）根据上面的分析可知，可以利用的副产物是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）；
（3）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，
故答案为：-80 kJ•mol^-1；
（4）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：防止高温下Mg（Ti）与空气中的O₂（或CO₂、N₂）作用；
（5）实验室取该矿石19.00克，通过上述流程，最终得到5.00g含镁4%的钛镁合金，合金中钛的质量为4.8g，根据钛铁矿（主要成份为FeTiO₃）可知，矿石中钛与铁的物质的量之比为1：1，所以制得含镁4%的合金25.0吨，可得钛24吨，即钛的物质的量为$\frac{24×1{0}^{6}}{48}$mol=5×10⁵mol，根据元素守恒，FeSO₄•7H₂O的物质的量与钛相等，所以FeSO₄•7H₂O的质量为5×10⁵×278g=139吨，
故答案为：139．

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．