24、(14分)
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等产品的一种工艺流程示意如下:
回答下列问题:
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色,此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生。
2Fe3++Fe === 3Fe2+
2TiO2+(无色) +Fe+4H+ === 2Ti3+(紫色) +Fe2++2H2O
Ti3+(紫色) +Fe3++H2O === TiO2+(无色) +Fe2++2H+
加入铁屑的作用是____________。
(2)在②→③工艺中需要控制条件以形成TiO2·n H2O溶胶,该分散质颗粒直径大小在_____________范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·n H2O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+ +H2O的平衡常数K=_____________。
(4)已知:TiO2 (s) +2 Cl2 (g)=== TiCl4(l) +O2(g) △H=+140KJ·mol-1
2C(s) +O2(g)=== 2CO(g) △H=-221KJ·mol-1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式:_____________。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处是_____________(只要求写出一项)。
(6)依据右表信息,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 |
[解析]
(1)根据题意给出方程式分析铁屑的作用就是作为还原剂的,即:将Fe3+还原为Fe2+,另外浸出液显紫色,说明含有Ti3+,防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+。参考答案中“生成Ti3+保护Fe2+不被氧化。”有点让人费解,能不能说成“防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+”或者说“将TiO2+还原成Ti3+”。
(2)形成TiO2·n H2O溶胶,说明得到胶体,其分散质颗粒直径大小为10-9~10- 7m(或1nm-100nm);
(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=2.79×10-39,25℃时,c(H+)×c(OH-)=Kw=1×10-14;反应Fe (OH)3+3H+Fe3+ +H2O的平衡常数K=
=
=
=2.79×103。
此问设计精妙!利用数学关系巧妙代换求出反应的平衡常数,命题者的独具匠心可见一斑。
(4)涉及盖斯定律计算,比较常规,按要求写出方程式相加即可得出答案:
TiO2(s)+ 2C(s)+2Cl2 (g)=TiCl4(l)+2CO(g) △H=-81KJ·mol-1 (5)依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处产生了废气,废液,废渣等。
(6)右表信息可以看出,SiCl4,TiCl4两者的沸点相差较大,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4可用蒸馏(或分馏)等方法。
这题是典型的化工流程题,问题设置不难。第(3)小问是亮点,精妙!个人觉得加上请计算该反应的平衡常数K可能设问更清晰。
23、(15分)
I、磷、硫元素的单质和化合物应用广泛。
(1)磷元素的原子结构示意图是____________。
(2)磷酸钙与焦炭、石英砂混合,在电炉中加热到1500℃生成白磷,反应为:
2Ca3(PO4)2+6SiO2===6CaSiO3+P4O10 10C+P4O10===P4+10CO
每生成1 mol P4时,就有________mol电子发生转移。
(3)硫代硫酸钠(Na2S2O3)是常用的还原剂。在维生素C(化学式C6H8O6)的水溶液中加入过量I2溶液,使维生素C完全氧化,剩余的I2用Na2S2O3溶液滴定,可测定溶液中维生素C的含量。发生的反应为:
C6H8O6+I2===C6H6O6+2H++2I- 2S2O32-+I2===S4O62-+2I-
在一定体积的某维生素C溶液中加入a mol·L-1 I2溶液V1 mL,充分反应后,用Na2S2O3溶液滴定剩余的I2,消耗b mol·L-1 Na2S2O3溶液V2 mL。该溶液中维生素C的物质的量是__________mol。
(4)在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应:
2IO3-+5SO32-+2H+===I2+5SO42-+H2O
生成的碘可以用淀粉溶液检验,根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示:
|
0.01mol·L-1 KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL |
0.01mol·L-1 Na2SO3溶液的体积/mL |
H2O的体积 /mL |
实验 温度 /℃ |
溶液出现蓝色时所需时间/s |
实验1 |
5 |
V1 |
35 |
25 |
|
实验2 |
5 |
5 |
40 |
25 |
|
实验3 |
5 |
5 |
V2 |
0 |
|
该实验的目的是_____________________;表中V2=___________mL
II、稀土元素是宝贵的战略资源,我国的蕴藏量居世界首位。
(5)铈(Ce)是地壳中含量最高的稀土元素。在加热条件下CeCl3易发生水解,无水CeCl3可用加热CeCl3·6H2O和NH4Cl固体混合物的方法来制备。其中NH4Cl的作用是______________。
(6)在某强酸性混合稀土溶液中加入H2O2,调节pH≈3,Ce3+通过下列反应形成Ce(OH)4沉淀得以分离。完成反应的离子方程式:
□Ce3++□H2O2+□H2O === □Ce(OH)4↓+□_______
[解析](1)写出P原子的结构示意图:;
(2)每生成1 mol P4时,P由+5价变成0价,电子转移为5×4=20或C化合价由0价变成为+2价,电子转移为2×10=20;
(3)n(Na2S2O3)=bV1/1000 mol;与其反应的I2为bV1/2000 mol,与维生素C反应的I2为 mol,即维生素C的物质的量是
mol(或其它合理答案);
(4)由实验2可以看出混合液的总体积为50mL,V1为10mL,V2为40mL,实验1和实验2可知实验目的是探究该反应速率与亚硫酸钠溶液浓度的关系;实验2和实验3可知实验目的是探究该反应速率与温度的关系。
(5)题目中给出:“加热条件下CeCl3易发生水解”,可知NH4Cl的作用是肯定是抑制水解的,CeCl3水解会生成HCl,可以完整答出:NH4Cl的作用是分解出HCl气体,抑制CeCl3水解。
(6)根据题意:“强酸性”或观察方程式可知缺项是H+,利用电子得失守恒或观察法就可以配平方程式。2Ce3++H2O2+6H2O=== 2Ce(OH)4↓+6H+
此题考查原子结构示意图,氧化还原反应的配平与电子转移计算,滴定中的简单计算,水解知识,实验探究变量的控制等,上述皆高中化学中的主干知识。题设中的情景都是陌生的,其中还涉及到稀土知识,其中第(4)小问是该题亮点,设问巧妙,有点类似于2010全国新课标一题,但题目设计更清晰,不拖泥带水。第6小问的缺项配平有点超过要求,但题中给出提示,降低了难度。
这题拼凑痕迹比较明显,每小问前后联系不强,或者说没有联系。
9、下表各选项中,不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是( )
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A |
B |
C |
D |
Y |
CO2 |
Fe2O3 |
C2H5OH |
FeCl3 |
W |
MgO |
Al2O3 |
C2H5ONa |
CuCl2 |
[解析]答案:D
A项中是Mg与CO2反应,B项中Al与Fe2O3发生铝热反应,C项中是金属Na与C2H5OH反应,这三个反应都是置换反应。D项中是发生Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,不是置换反应,但学生可能将此反应记错,认为生成了铁单质。此题难度不大,但素材来自教学一线,考查学生平时学习的错误,对实际教学有一定的指导作用。