题目内容

9．金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技    材料，被誉为“未来金属”．以钛铁矿（主要成分钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图1

请回答下列问题：
（1）钛酸亚铁（用R表示）与碳在高温下反应的化学方程式为2R+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+2TiO2+CO2↑，钛酸亚铁的化学式为FeTiO3；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O．
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是防止Fe2+被氧化为Fe3+．此时溶液中含有 Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等阳离子．常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示．
 氢氧化物 Fe（OH）2 TiO（OH）2 Mg（OH）2
 Ksp 8.0×10-14 1.0×10-29 1.8×10-11
常温下，若所得溶液中Mg2+的物质的量浓度为0.0018mol/L，当溶液的pH等于10时，Mg（OH）2开始沉淀．若将含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为TiO2++2H2O=TiO（OH）2↓．
（3）中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的方程式为TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO．Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是隔绝空气．除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是稀盐酸．
（4）在800～1000℃时电解TiO2也可制得海绵钛，装置如图2所示．图中b是电源的正极，阴极的电极反应式为TiO2 +4e-=Ti+2O2-．

分析 钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到溶液中含有 Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等阳离子，冷却结晶得到副产品主要为FeSO4，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）根据原子守恒确定钛酸亚铁的化学式；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，还生成FeSO4与水；
（2）加入过量铁粉还原铁离子，防止Fe2+被氧化为Fe3+；
根据氢氧化镁的溶度积计算溶液中OH-浓度，再结合水的离子积计算c（H+），根据pH=-lgc（H+）计算；
TiO（OH）2的溶度积最小，析出的白色沉淀为TiO（OH）2；
（3）乙为TiO2，与氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳；Mg能与空气中氧气、氮气反应，需要隔绝空气；
金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，可以用稀盐酸除外Mg；
（4）氧离子移向石墨，则石墨为阳极，TiO2为阴极，阴极上发生还原反应，是TiO2获得电子生成Ti与O2-．

解答 解：钛铁矿用浓硫酸溶解，反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子，过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到溶液中含有 Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等阳离子，冷却结晶得到副产品主要为FeSO4，滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3，H2TiO3加热灼烧得到TiO2，加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属．
（1）钛酸亚铁（用R表示）与碳在高温下反应的化学方程式为2R+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+2TiO2+CO2↑，根据原子守恒，钛酸亚铁的化学式为 FeTiO3；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，还生成FeSO4与水，该反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O，
故答案为：FeTiO3；FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O；
（2）加入过量铁粉还原铁离子，防止Fe2+被氧化为Fe3+；
溶液中Mg2+的物质的量浓度为0.0018mol/L，析出氢氧化镁时，溶液中c（OH-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{0.0018}}$mol/L=10-4mol/L，则c（H+）=10-10mol/L，则溶液pH=-lgc（H+）=10；
TiO（OH）2的溶度积最小，溶液加水稀释析出的白色沉淀为TiO（OH）2，该反应的离子方程式为：TiO2++2H2O=TiO（OH）2↓，
故答案为：防止Fe2+被氧化为Fe3+；10；TiO2++2H2O=TiO（OH）2↓；
（3）乙为TiO2，与氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳，反应方程式为：TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO，
Mg能与空气中氧气、氮气反应，需要隔绝空气进行，
金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，可以用稀盐酸除外Mg，
故答案为：TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2CO；隔绝空气；稀盐酸；
（4）氧离子移向石墨，则石墨为阳极，TiO2为阴极，则b为电源正极，阴极上发生还原反应，是TiO2获得电子生成Ti与O2-，阴极电极反应式为：TiO2 +4e-=Ti+2O2-，
故答案为：正；TiO2 +4e-=Ti+2O2-．

点评 本题考查物质准备工艺流程，涉及陌生方程式的书写、对操作与原理的分析评价、电解原理应用等，侧重考查学生的阅读获取信息、分析解决问题的能力，是对学生综合能力的考查，题目难度较大．

练习册系列答案
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19．表是元素周期表的一部分，表中序号分别代表某一元素．请回答下列问题．
周期ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
2①②③④
3⑤⑥⑦⑧⑨⑩
（1）①-⑩中，最活泼的金属元素是Na（写元素符号，下同）；最不活泼的元素是Ar；可作半导体材料的元素是Si；某元素的气态氢化物与其最高价氧化物的水化物可直接化合生成一种盐，该元素是N．
（2）④、⑤的简单离子，其半径更大的是F-（写离子符号）．
（3）⑧、⑨的气态氢化物，更稳定的是HCl（填化学式）．
（4）③的最低价气态氢化物分子中的化学键类型为极性键（填“极性键”或“非极性键”），该分子的空间构型为为V形，③的最低价气态氢化物比⑧的最低价气态氢化物沸点高（填“高”或“低”），原因是H2O分子之间含氢键
（5）元素的非金属性：①＞ ⑦（填“＞”或“＜”）． 
（6）①-⑨的最高价氧化物的水化物中：酸性最强的是HClO4（填化学式）；碱性最强的是NaOH（填化学式），它与⑨的最高价氧化物的水化物反应的化学方程式为NaOH+HClO4=NaClO4+H2O．
20．电子表和电子计算器的电源通常用微型银-锌电池，其电极分别为Ag2O 和Zn，电解质为KOH溶液，电极总反应为：Ag2O+H2O+Zn=Zn（OH）2+2Ag．下列叙述不正确的是（　　）
A．工作时Zn 电极质量减少B．Zn 是负极，Ag2O 是正极
C．工作时溶液中电子由Ag2O 流向ZnD．溶液中氢氧根离子向Zn 电极移动
17．2015年8月15日，天津港发生爆炸，现场发现有氰化钠（NaCN），NaCN易溶于水，有剧毒，易造成水污染．氰化钠遇水或酸均会产生HCN，挥发到空气中更容易对人体造成伤害，在现场处置中，有一条措施是组织当地企业喷洒双氧水，HCN与双氧水反应产生两种无毒气体．请回答下列问题：

（1）写出NaCN的电子式
（2）写出氰化氢与双氧水反应的化学方程式2HCN+5H2O2=N2+2CO2+6H2O
（3）利用下图所示装置进行含氰废水处理百分率的测定实验．将CN-的浓度为0.2000mol/L的含氰废水100mL与100mL NaClO溶液（过量）置于装置②三颈烧瓶中充分反应，打开分液漏斗活塞，滴入l00mL稀H2SO4，关闭活塞．反应结束后，打开弹簧夹，鼓入空气一段时间，关闭弹簧夹．已知装置②中发生的主要反应依次为：
CN-+C1O-═CNO-+C1-；2CNO-+2H++3ClO-═N2+2CO2↑+3C1-+H2O
①鼓入空气的目的是使装置中残留的二氧化碳全部进入装置⑤完全吸收；
②实验中观察到三颈烧瓶上方有黄绿色气体，则装置③的现象是溶液变为褐色
③装置⑥的作用是排除空气中二氧化碳对实验的干扰
④为了计算该实验装置②中含氰废水被处理的百分率，实验中需要测定装置装置⑤ 反应前后的质量（从装置①到⑥中选择，填装置序号）．若已知该装置反应前后质量变化为0.8g，则实验中测得CN-被处理的百分率为90.9%
（4）处理含氰废水还可用石墨作阳极，铁板作阴极，在碱性废水中加入氯化钠进行电解，当氯化钠投加量较少时，则以氯化钠为导电介质，主要依靠阳极的氧化作用，使CN-在阳极上放电，当氯化钠投加量较多时，则利用Cl-在阳极上放电的产物将CN-氧化，以达到治理的作用．请用离子方程式表示氯化钠较多时阳极区的反应2Cl--2e-=Cl2↑，5Cl2+2CN-+12OH-=2CO32-+N2↑+10Cl-+6H2O．
4．根据表中的信息判断下列说法错误的是（　　）
 物质 外观 燃烧热/（kJ•mol-1）
 金刚石 无色、透明固体 395.4
 石墨 灰黑，不透明固体 393.5
A．由表中信息可得如图所示的图象
B．由表中信息知C（石墨，s）=C（金刚石，s）△H=+1.9 kJ•mol-1
C．由表中信息可知相同条件下金刚石的熔点低于石墨的熔点
D．石墨燃烧热的热化学方程式为C（石墨，s）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）△H=-393.5 kJ•mol-1
14．电解原理在消除环境污染领域有广泛的应用．工业上常采用如图所示电解装置，利用铁的化合物中[Fe（CN）6]3-可将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫，自身转化为[Fe（CN）6]4-．通电电解，然后通入H2S加以处理，下列说法不正确的是（　　）
A．电解时阳极反应式为[Fe（CN）6]4--e-=[Fe（CN）6]3-
B．电解过程中阴极区溶液的pH变大
C．整个过程中需要不断补充K4[Fe（CN）6]与KHCO3
D．通入H2S时发生反应的离子方程式为：2[Fe（CN）6]3-+2CO32-+H2S=2[Fe（CN）6]4-+2HCO3-+S↓
1．下列说法不能用元素周期律解释的是（　　）
A．浓硝酸的氧化性强于稀硝酸
B．与冷水反应的速率：Na＞Mg
C．向淀粉KI溶液中滴入溴水，溶液变蓝
D．原子半径：Al＞Si＞P
18．碳酸二甲酯（简称DMC）是油漆、胶粘剂行业的环保型绿色溶剂．DMC的合成方法很多，如以乙烯为原料，与甲醇进行酯交换的合成路线如下：

已知一定条件下，DMC也能发生酯交换反应：

（1）写出A物质的一种同分异构体的名称：乙醛；
（2）写出C的结构简式：HOCH2CH2OH；A与CO2的反应类型是加成反应；
（3）写出DMC与足量NaOH溶液反应的化学方程式：CH3OOCOOCH3+2NaOH$\stackrel{△}{→}$Na2CO3+2CH3OH；
（4）苯酚与DMC的反应因反应物用量不同，也可得到化合物F，写出F的结构简式：；
（5）参照物质B的合成路线，设计一条由2-氯丙烷和必要的无机试剂制备的合成路线（注明必要的反应条件）．合成路线常用的表示方式为：A$→_{反应条件}^{反应试剂}$B…$→_{反应条件}^{反应试剂}$目标产物．
19．下列说法正确的是（　　）
A．下列物质的沸点按由低到高的顺序排列为CH3（CH2）2CH3＜CH3（CH2）3CH3＜（CH3）3CCH3＜（CH3）2CHCH2CH3
B．青蒿素是抗疟疾特效药，结构如图1所示，有酯基、过氧键和醚键，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮等，可以用乙醚从植物中提取，能够发生水解反应，具有强氧化性
C．油脂在一定条件下水解成高级脂肪酸和甘油，称为皂化反应
D．按系统命名法命名时，图2有机物的名称是3，5，7-三甲基-6-乙基辛烷

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