题目内容

13．工业上生产金属钛的方法很多．以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如图，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O
 
回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于非氧化还原反应 （选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）．
（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe2+被氧化，物质A是Fe，上述制备TiO2的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是绿矾、硫酸．
（3）反应TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用．
（4）由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
TiO2 （s）+2Cl2 （g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g）△H1=-72kJ•mol-1
TiO2（s）+2Cl2 （g）=TiCl4（g）+O2 （g）△H2=+38.8kJ•mol-1
C（s）+CO2（g）=2CO（g）△△H3=+282.8kJ•mol-1
①反应C（s）+CO2（g）=2CO（g）在高温下能够自发进行的原因是△S＞0（或熵增加）．
②反应C（s）+O2（g）=CO2 （g）的△H=-393.6 kJ/mol．
（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用右图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛．①写出阳极所发生反应的电极反应式：2O2--4e-=O2↑或C+2O2--4e-=CO2↑．
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合化学用语解释）
制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．

分析 以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，钛铁矿石加入浓硫酸，钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O，加入水溶解后加入铁防止亚铁离子被氧化，沉降分离得到溶液Ⅰ，冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，过滤得到溶液Ⅱ为TiOSO4，加热过滤得到滤液为硫酸，沉淀为钛酸，煅烧得到二氧化钛，加入氯气和焦炭高温反应，由二氧化钛制取四氯化钛，加入镁反应在Ar气氛中进行，发生的反应为；TiCl4+2Mg═2MgCl2+Ti．
（1）根据氧化还原反应中元素的化合价发生变化进行判断；
（2）亚铁离子易被氧化为铁离子，加入金属铁可以防护被氧化，根据流程确定所得到的副产物和可回收利用的物质；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和氮气二氧化碳都反应；
（4）①根据反应能否自发进行的判据△H-T△S来判断；
②已知反应a、TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g）△H1=-72kJ•mol-1
b、TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）△H2=+38.8kJ•mol-1
c、C（s）+CO2（g）=2CO（g）?△H3=+282.8kJ•mol-1，
利用盖斯定律将a-b-c可得反应C（s）+O2（g）=CO2 （g）的△H；
（5）①依据装置图分析判断，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳；
②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca2++4e-═2Ca 阳极：2O2--4e-═O2↑，2Ca+TiO2=Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．

解答 解：以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，钛铁矿石加入浓硫酸，钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O，加入水溶解后加入铁防止亚铁离子被氧化，沉降分离得到溶液Ⅰ，冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，过滤得到溶液Ⅱ为TiOSO4，加热过滤得到滤液为硫酸，沉淀为钛酸，煅烧得到二氧化钛，加入氯气和焦炭高温反应，由二氧化钛制取四氯化钛，加入镁反应在Ar气氛中进行，发生的反应为；TiCl4+2Mg═2MgCl2+Ti．
（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO4中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO4中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）亚铁离子易被氧化为铁离子，加入金属铁可以防护被氧化，所以A是金属铁，根据流程，所得到的副产物是绿矾，可回收利用的物质是硫酸，
故答案为：Fe；绿矾；硫酸；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti需在Ar气氛中进行，
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（4）①根据反应能否自发进行的判据△H-T△S，△H＞0，所以高温下才自发进行，说明该反应的△S＞0（或熵增加），故答案为：△S＞0（或熵增加）；
②已知反应a、TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g）△H1=-72kJ•mol-1
b、TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）△H2=+38.8kJ•mol-1
c、C（s）+CO2（g）=2CO（g）?△H3=+282.8kJ•mol-1
根据盖斯定律，反应C（s）+O2（g）=CO2（g）可以看成是a-b-c获得，所以该化学反应的焓变△H=-72kJ•mol-1-282.8kJ•mol-1-38.8kJ•mol-1=-393.6 kJ/mol，
故答案为：-393.6 kJ/mol；
（5）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为：2O2--4e-=O2↑，或C+2O2--4e-=CO2↑；
故答案为：2O2--4e-=O2↑或C+2O2--4e-=CO2↑；
②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
或：制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca2++4e-═2Ca 阳极：2O2--4e-═O2↑；2Ca+TiO2 $\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
故答案为：制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．

点评 本题以流程题的形式综合考查元素化合物的性质知识，为高考常见题型，涉及物质性质的应用，离子性质的应用，分离操作的方法，电解池原理的应用，电极反应的书写原则等，要求学生具有分析和解决问题的能力，有利于培养学生的良好的科学素养，题目难度中等．

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3．现有下列物质：①碳酸钠 ②氧化钠 ③二氧化硅 ④铁 ⑤氧气 ⑥氢氧化钙 ⑦硫酸．请将上述物质按下列要求分类，并将其序号填入空白处：
（1）按组成分类，属于单质的是④⑤；属于氧化物的是②③；属于碱的是⑥；属于盐的是①．
（2）按溶解性分类，属于易溶物的是①②⑦；属于难溶物的是③④⑤；属于微溶物的是⑥．
（3）按常温状态分类，属于固态的是①②③④⑥；属于液态的是⑦；属于气态的是⑤．
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1．同物质的量浓度同体积的Na2CO3和NaHCO3溶液中，分别加入足量等体积等浓度的盐酸，结果是（　　）
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18．下列溶液一定显碱性的是（　　）
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C．干冰是原子晶体D．CO2为极性分子
2．不粘锅的内壁有一薄层为聚四氟乙烯的涂层，用不粘锅烹烧饭菜时不易粘锅、烧焦．下列关于聚四氟乙烯的说法正确的是（　　）
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C．聚四氟乙烯的单体是不饱和烃D．聚四氟乙烯中氟的质量分数是76%
3．一定温度下，在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中发生如下反应：
PCl5（g）?PCl3（g）+Cl2（g）
编号温度（℃）起始物质的量
（mol）		平衡物质的量
（mol）		达到平衡所需时间
（s）
PCl5（g）PCl3（g）Cl2（g）
Ⅰ320      0.400.100.10t1
Ⅱ320      0.80t2
Ⅲ410      0.400.150.15t3
下列说法正确的是（　　）
A．平衡常数K：容器Ⅱ＞容器Ⅲ
B．反应到达平衡时，PCl5的转化率：容器Ⅱ＞容器Ⅰ
C．反应到达平衡时，容器I中的平均速率为v（PCl5）=$\frac{0.10}{{t}_{1}}$mol/（L•s）
D．起始时向容器Ⅲ中充入PCl5 0.30 mol、PCl30.45 mol和Cl20.10 mol，则反应将向逆反应方向进行

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