Question

Ⅰ．钛白在自然界中以金红石矿存在．目前大规模生产钛的方法是：
第一步 首先将金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl₄；
第二步 在氮气氛围中用过量的镁在加热条件下与TiCl₄反应制得金属钛．
（1）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
则TiO₂（g）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=

 

．
（2）如何从上述所得产物中获得纯净金属钛？简述主要步骤：

 

．
Ⅱ．纳米TiO₂可通过TiCl₄水解制备：TiCl₄+4NH₃+（n+2）H₂O?TiO₂?nH₂O+4NH₄Cl．
过程为：在冰水浴强力搅拌下，将一定量的TiCl₄滴加到溶有HCl和（NH₄）₂SO₄的冰的TiCl₄水溶液中，控制TiCl₄浓度为1.1mol/L时撤去冰浴，逐步升温到95℃，恒温水解1h后，滴加氨水，调节溶液pH约为6，自然冷却后过滤，产物经水洗至无Cl^-和SO₄^2-后，再用乙醇洗涤3遍，高温煅烧2h制备纳米TiO₂．
（3）简述升温和调节溶液pH的目的：

 

．
（4）试用简要的文字和相应的离子方程式判断说明产物中无Cl^-和SO₄^2-：

 

．
Ⅲ．普通钛白的化学制法通常是硫酸法．首先使磨细的钛铁矿用浓硫酸在不断地通入空气搅拌的条件下进行反应，制得可溶性二水合硫酸氧盐，其反应方程式：FeTiO₃+2H₂SO₄=FeSO₄+TiOSO₄?2H₂O；趁热过滤，所得滤液叫钛液，加热钛液，促进水解，制得一水合二氧化钛沉淀（TiO₂?H₂O）；然后在1173K～1223K煅烧即得普通钛白．在制造钛白过程中，需要测定钛白Ti（Ⅳ）的含量．测定时首先取10mL钛液用水冲稀10倍，加过量铝粉，充分振荡，使其完全反应，Ti（Ⅳ）+Al→Ti³⁺+Al³⁺．过滤后，取出滤液20mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液，再加5mL蒸馏水振荡，用酸式滴定管滴加0.1mol/L FeCl₃溶液，终点到来时，用去了30mL的FeCl₃溶液．求原钛液的物质的量浓度．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题,化学反应中的能量变化

分析：I．（1）根据盖斯定律进行计算；
（2）根据镁的性质选取合适的溶剂溶解镁，再利用过滤，洗净、干燥的方法制得钛；
Ⅱ．（3）升高温度、增大反应物浓度都加快反应速率；
（4）银离子和氯离子能产生白色沉淀，钡离子和硫酸根离子反应生成白色沉淀；
III．根据物质之间的关系式结合元素守恒计算待测钛液中TiOSO₄的物质的量浓度．

解答： 解：I．（1）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
由盖斯定律可知，①×2-②+③得TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g），
△H=2（-393.5kJ?mol^-1）-（-566kJ?mol^-1）+（+141kJ?mol^-1）=-80kJ?mol^-1，
故答案为：-80kJ?mol^-1；
（2）镁易溶于稀硫酸，而钛不易溶于稀硫酸，所以可以用过量的稀硫酸溶解过量的镁，为了充分反应，应该不断搅拌，然后采用过滤、洗净、干燥的方法制得纯净、干燥的钛，
故答案为：用过量的稀硫酸溶解过量的镁，不断搅拌，过滤，洗净、干燥；
II．（3）水解反应是吸热反应，升高温度促进水解，且增大反应物浓度、升高温度能加快反应速率，所以
升温和调节溶液pH的目的是：加快反应速率，促进平衡向水解的方向移动，
故答案为：加快反应速率，促进平衡向水解的方向移动；
（4）银离子和氯离子能产生白色沉淀，钡离子和硫酸根离子反应生成白色沉淀，所以其检验方法是：
取少量洗涤液，在其中加入AgNO₃，无沉淀生成则说明无氯离子，离子反应方程式为：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，取少量洗涤液，在其中加入BaCl₂，无沉淀生成则说明无硫酸根离子，离子反应方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，
故答案为：在其中加入AgNO₃，无沉淀生成则说明无氯离子，离子反应方程式为：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，取少量洗涤液，在其中加入BaCl₂，无沉淀生成则说明无硫酸根离子，离子反应方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；
Ⅲ．铁离子具有氧化性，能将Ti³⁺ 氧化成Ti⁴⁺，
根据得失电子守恒得Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺，
设滤液中Ti³⁺的物质的量为x，
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺，
1           1
x          0.1mol?L^-1×0.03L

1

1

=

1

0.1mol/L×0.03L

，x=0.003mol，
待测钛液中TiOSO₄的物质的量=0.003mol×5=0.015mol
根据C=

n

V

=

0.015mol

0.01L

=1.5mol?L^-1
答：原钛液的物质的量浓度是1.5mol/L．

点评：本题考查了盖斯定律、探究物质的组成及含量的测定，根据盖斯定律、物质之间的关系式来分析解答，难点是III中钛液的浓度计算，要根据转移电子守恒、原子守恒来分析解答，难度中等．