题目内容

18．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═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═TiOSO4+FeSO4+2H2O
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是防止Fe2+氧化．此时溶液Ⅰ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如下表所示．
氢氧化物Fe（OH）2TiO（OH）2Mg（OH）2
Ksp8.0×10-161.0×10-291.8×10-11
①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．
②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↓（或H2TiO3）+2H+）．
（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+2C+2Cl2=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800～1 000℃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 钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti；
（1）根据化学方程式为2R+C═2Fe+2TiO2+CO2↑，结合原子守恒可确定钛酸亚铁的化学式，钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，依据氧化还原反应分析，应生成硫酸亚铁和水；
（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，可防止Fe2+氧化；
①依据氢氧化镁的溶度积常数进行计算即可；
②已知TiO2+发生水解生成钛酸（H2TiO3）沉淀，根据元素守恒写出反应的离子方程式；
（3）TiO2与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4，同时得到CO气体，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式，防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，除去钛中混有的镁，可根据金属的活泼性选择稀盐酸溶解镁；
（4）电解池的阳极发生失电子的氧化反应；电解池的阴极发生得电子的还原反应；电解TiO2也可制得海绵钛，变化是二氧化钛在阴极得到电子发生还原反应．

解答 解：钛铁矿和浓硫酸混合，钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，浓硫酸具有强氧化性，+2价Fe具有还原性，则+2价Fe被浓硫酸氧化生成Fe3+，然后向混合物中加入水、铁屑，发生反应2Fe3++Fe=3Fe2+，沉降过滤，滤液I中溶质为TiOSO4和FeSO4，将滤液冷却结晶得到副产品甲和溶液II，根据流程图中溶液II中含有TiOSO4，则副产品甲为绿矾FeSO4•7H2O，先将溶液II中加入水并加热，TiO2+水解生成H2TiO3，然后过滤回收硫酸，同时得到H2TiO3，煅烧H2TiO3，H2TiO3分解生成TiO2和水，乙能和氯气、C在高温下发生氧化还原反应生成TiCl4，则乙是TiO2，在高温条件下，用Mg和四氯化钛发生置换反应生成Ti；
（1）根据原子守恒可知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，钛铁矿精矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，依据氧化还原反应分析，应生成硫酸亚铁和水，反应的化学方程式为：FeTiO3+H2SO4（浓）=TiOSO4+FeSO4+2H2O，
故答案为：FeTiO3；FeTiO3+H2SO4（浓）=TiOSO4+FeSO4+2H2O；
（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，可防止Fe2+氧化，故答案为：防止Fe2+氧化；
①Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×c2（OH-）=1.8×10-11，故c（OH-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{0.0018}}$=10-4，故c（H+）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10-10mol/L，故此时pH=10，故答案为：10；
②已知TiO2+发生水解生成钛酸（H2TiO3）沉淀和氢离子，其离子方程式为：TiO2++2H2O═H2TiO3↓+2H+，故答案为：TiO2++2H2O═TiO（OH）2↓（或H2TiO3）+2H+ ）；
（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+2C+2Cl2=TiCl4+2CO，防止碳与氧气反应，应可绝空气加热，可用稀盐酸溶解镁除去钛中混有的镁，
故答案为：TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO；隔绝空气；稀盐酸；
（4）电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为：2O2-→O2↑+4e-，电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2+4e-→Ti+2O2-；电解池中，电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极，
故答案为：正；TiO2+4e-→Ti+2O2-．

点评 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．

练习册系列答案
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9．根据下列四种粒子的结构示意图，所获取的信息不正确的是（　　）
A．它们表示四种元素
B．②③的化学性质相同
C．②表示的元素是金属元素
D．①表示的是原子，而④表示的是阴离子
6．碳酸二甲酯（DMC）是一种低毒性的绿色化学品，可用于代替高毒性的光气（COCl2）作羰基化试剂．DMC的合成路线如图．完成下列填空．

已知：RCO-OR1+R2O-H→RCO-OR2+R1O-H  （称酯交换反应）
（1）写出反应类型：反应①加成反应；
（2）写出结构简式：XOHCH2CH2OH；
（3）已知物质Y与DMC互为同分异构体，Y的水溶液呈酸性，在一定条件下2molY能生成1mol分子中含六元环结构的有机物Z，则Z的结构简式为；
（4）DMC与双酚（）在一定条件下可发生类似反应①的反应，生成芳香族聚碳酸酯，写出反应的化学方程式：2n+n→+4nCH3OH．
13．下列用品的主要成分及其用途对应不正确的是（　　）
ABCD
用品
主要成分FeNaHCO3SiFe2O3
用途可运输浓硫酸发酵光导纤维涂料
A．AB．BC．CD．D
3．水杨酸酯E为紫外吸收剂，可用于配制防晒霜．E的一种合成路线如下．

已知：2RCH2CHO$→_{△}^{NaOH，H_{2}O}$
回答下列问题．
（1）一元醇A中氧的质量分数约为21.6%，则A的分子式为C4H10O；结构分析显示A只有一个甲基，A的名称为1-丁醇（或正丁醇）．F与A互为同分异构体，F的核磁共振氢谱图有2组峰，且峰面积比为9：1．则F与浓HBr溶液共热生成有机物的结构简式为C（CH3）3Br．
（2）B能与新制的Cu（OH）2发生反应，该反应的化学方程式为CH3CH2CH2CHO+2Cu（OH）2+NaOH$\stackrel{△}{→}$ CH3CH2CH2COONa+Cu2O↓+3H2O．
（3）C中所含官能团的名称为，若要检验C中所含官能团，一次取样检验，按使用的先后顺序写出所用试剂用银氨溶液先检验醛基，再加稀盐酸使溶液呈酸性后，加溴水检验碳碳双键．
（4）第③步的反应类型为加成反应；第④步的反应条件为浓H2SO4、加热；E的结构简式为．
10．工业上生产高氯酸（沸点：90°C）时还同时生产了亚氯酸钠，其工艺流程如下：
已知：亚氯酸钠的溶解度随温度的升高而明显增大，且在175°C时分解．
（1）实验室进行过滤操作的常用玻璃仪器有（普通）漏斗、玻璃棒、烧杯．
（2）反应器I中的温度最佳为C（填序号）；操作②的名称为蒸馏．
A.0°C          B.20°C        C.80°C          D.120°C
（3）反应器II中发生反应的离子方程式为2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O．
（4）加快反应器II中反应速率的措施有适当升高温度、增大NaOH溶液的浓度、增大气体（SO2、ClO2）和NaOH溶液的接触面积等（写出一种措施即可）等．从反应器II中获得NaClO2粗品的实验操作依次是DF（A）（填序号，下同），获得的粗产品中含少量硫酸钠，进一步提纯的操作名称为B．
A．过滤  B．重结晶  C．蒸馏  D．蒸发浓缩  E．蒸干灼烧  F．冷却结晶  G．萃取分液．
7．甲烷是天然气的主要成分，是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质．
（1）一定条件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NOx）的污染．已知：
CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H1=-1160kJ/mo
CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）；△H2=-574kJ/mol
现有一份在相同条件下对H2的相对密度为17的NO与NO2的混合气体
①该混合气体中NO和NO2的物质的量之比为3：1
②在一定条件下NO气体可以分解为NO2气体和N2气体，写出该反应的热化学方程式
4NO（g）=2NO2（g）+N2（g）△H=-293kJ/mol
（2）以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
③B极为电池负极，电极反应式为CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O．
④若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，写出阳极的电极反应式4OH--4e-=O2↑+2H2O，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为1.12L（标况下），实际上消耗的甲烷体积（折算到标况）比理论上大，可能原因为电池能量转化率达不到100%．
8．氨气是化学实验室常需制取的气体．实验室制取氨气的装置如图1所示：
（1）若用此装置制取氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca（OH）2$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O．
（2）如果要干燥氨气，应选用的干燥剂是（填名称）碱石灰，制得的气体用向下排空气法收集．
（3）某同学在实验室中发现了一瓶无色而有刺激性气味的气体，下列提供的方法中，能帮他检验该气体是否为氨气的是AC
A．将湿润的红色石蕊试纸放在打开的瓶口
B．将湿润的蓝色石蕊试纸放在打开的瓶口
C．用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近打开的瓶口
（4）用图2装置可进行喷泉实验（图中固定装置均已略去），上部烧瓶已装满干燥的氨气．喷泉实验中喷泉形成的原因是氨气极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小．

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