Question

钛由于具有密度小，强度高，耐高温，抗腐蚀性强等优点，在现代科学技术上有着广泛的用途．工业上常用钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，同时含有铁的氧化物）为原料，经过一系列反应来制得钛，其工艺流程大致如下．阅读下述流程，完成下列填空：

（1）操作（I）中Fe的作用是

将Fe³⁺还原为Fe²⁺

，该过程中所发生的离子反应方程式为

Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺

．
（2）操作（II）中冷却的目的是

析出FeSO₄?7H₂O

．
（3）用FeSO₄固体配制其溶液的正确方法是：

FeSO₄固体溶于稀H₂SO₄中，再加入少量铁粉

．
（4）将高压水蒸气通入溶液2的作用是

促进Ti⁴⁺离子完全水解生成沉淀

．其离子方程式为：

Ti⁴⁺+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4H⁺

．
（5）由TiO₂可经过反应=4*GB3 ④、=5*GB3 ⑤制取单质Ti，已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-393.5kJ/mol2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）；△H=-566kJ/molTiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）+O₂（g）；△H=+141kJ/mol则TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=

-80KJ/mol

．反应⑤中Ar气的作用是

作保护气，防止高温下镁和钛与空气中氧气

．

Answer 1

分析：（1）根据操作（II）可知产品之一为FeSO₄?7H₂O，所以操作（I）中要把Fe³⁺还原为Fe²⁺，根据溶液中的离子判断发生的反应，书写方程；
（2）操作（II）要把FeSO₄从溶液中析出；
（3）用FeSO₄固体配制其溶液时要考虑二价铁离子易水解和还原性，；
（4）让Ti⁴⁺转化为Ti（OH）₄，根据反应物和产物书写其离子方程式；
（5）根据盖斯定律计算反应的焓变；反应⑤中是高温下的反应，镁和钛容易与空气中的氧气反应．

解答：解：（1）根据操作（II）可知产品之一为FeSO₄?7H₂O，所以操作（I）中要把Fe³⁺还原为Fe²⁺，溶液中能与Fe反应的离子有Fe³⁺和H⁺，所以其离子方程为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺；故答案为：将Fe³⁺还原为Fe²⁺；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺；
（2）操作（II）要把FeSO₄从溶液中析出，操作（II）中冷却的目的是：析出FeSO₄?7H₂O，故答案为：析出FeSO₄?7H₂O；
（3）用FeSO₄固体配制其溶液时要考虑二价铁离子易水解和还原性，所以要加入稀硫酸防止二价铁离子水解，加入铁粉，防止二价铁离子被氧化，因此用FeSO₄固体配制其溶液的正确方法是：FeSO₄固体溶于稀H₂SO₄中，再加入少量铁粉，
故答案为：FeSO₄固体溶于稀H₂SO₄中，再加入少量铁粉；
（4）让Ti⁴⁺转化为Ti（OH）₄，Ti⁴⁺与水反应生成Ti（OH）₄沉淀，其离子方程式为：Ti⁴⁺+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4H⁺；
故答案为：促进Ti⁴⁺离子完全水解生成沉淀；Ti⁴⁺+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4H⁺；
（5）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
TiO₂和焦炭、氯气反应生成TiCl₄和CO气体的化学方程式为：2C+TiO₂+2Cl₂═TiCl₄+2CO，
由盖斯定律可知2×①-②+③得到2C+TiO₂+2Cl₂═TiCl₄+2CO，
其△H=2×（-393.5kJ?mol^-1）+566kJ?mol^-1+141kJ?mol^-1+（=-221kJ?mol^-1）=-80kJ?mol^-1．
反应⑤中是高温下的反应，镁和钛容易与空气中的氧气反应，所以通入Ar气作保护气；
故答案为：-80kJ?mol^-1；作保护气，防止高温下镁和钛与空气中氧气．

点评：本题考查化学工艺流程，同时考查盖斯定律的应用，溶液的配制，离子方程式的书写，题目难度较大，做题时注意从物质的性质角度结合题中信息解答．