题目内容

4．以钛铁矿（主要成分是钛酸亚铁FeTiO3）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如图所示，其中钛铁矿与浓硫酸反应的化学方程式为：FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O．试回答下列问题：

（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于非氧化还原反应（选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）．
（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe2+被氧化，物质A是Fe；上述制备TiO2的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是FeSO4•7H2O、Fe、H2SO4．
（3）反应TiCl4+2Mg═2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用．
（4）如果取钛铁矿A t，生产出钛B t（不考虑损耗），计算钛铁矿中钛的含量（用A、B字母表示）$\frac{B}{A}×100%$．

分析 钛铁矿和浓硫酸混合时发生反应为FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O，亚铁离子不稳定，易被氧化，为防止亚铁离子被氧化，需要加入A物质且不能引进新的杂质，所以A是Fe；然后采用沉降分离得到溶液I，将溶液I冷却结晶得到绿矾，同时得到溶液II，向溶液II中加入水，加热过滤得到硫酸和钛酸，将钛酸煅烧得到二氧化钛，二氧化钛在高温条件下和氯气、C反应生成四氯化钛，高温条件下，四氯化钛和镁发生置换反应生成Ti，
（1）有电子转移的化学反应是氧化还原反应，其特征是有元素化合价升降；
（2）为防止亚铁离子被氧化需要加入A物质，且不能引进新的杂质；由工艺流程图及题中信息可知可回收利用的物质是FeSO4•7H2O、Fe、H2SO4；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和氮气二氧化碳都反应；
（4）钛铁矿中Ti含量=$\frac{Bt}{At}×100%$．

解答 解：钛铁矿和浓硫酸混合时发生反应为FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O，亚铁离子不稳定，易被氧化，为防止亚铁离子被氧化，需要加入A物质且不能引进新的杂质，所以A是Fe；然后采用沉降分离得到溶液I，将溶液I冷却结晶得到绿矾，同时得到溶液II，向溶液II中加入水，加热过滤得到硫酸和钛酸，将钛酸煅烧得到二氧化钛，二氧化钛在高温条件下和氯气、C反应生成四氯化钛，高温条件下，四氯化钛和镁发生置换反应生成Ti，
（1）有电子转移的化学反应是氧化还原反应，其特征是有元素化合价升降，钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO4中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO4中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）为防止亚铁离子被氧化需要加入A物质，且不能引进新的杂质，所以A是Fe；由工艺流程图及题中信息可知可回收利用的物质是FeSO4•7H2O、Fe、H2SO4，
故答案为：Fe；FeSO4•7H2O、Fe、H2SO4；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti需在Ar气氛中进行；
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（4）钛铁矿中Ti含量=$\frac{Bt}{At}×100%$=$\frac{B}{A}×100%$，
故答案为：$\frac{B}{A}×100%$．

点评 本题以工艺流程为载体考查制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生对知识的理解及灵活运用能力，明确各个部分发生的反应及操作方法是解本题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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19．将Na2O2、Al2O3两种物质同时置于水中，待固体溶解后，向所得溶液中通入一定量HCl气体，所得溶液呈中性，则Na2O2、HCl、Al2O3的物质的量之比可能为（　　）
A．3：2：1B．2：4：1C．2：3：1D．4：2：1
20．在一支试管皂加人少量AlCl3溶液，然后滴加过量氨水，现象为产生白色沉淀，取上述所得Al（OH）3沉淀分别盛放在两支试管中，往一支中滴加盐酸，现象为白色沉淀消失，反应的离子方程式为Al（OH）3+3H+=Al3++3H2O，往另一支试管里滴加过量NaOH溶液，现象为白色沉淀消失，反应的离子方程式为Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O，说明Al（OH）3为两性氢氧化物．
12．氨基甲酸铵（NH2COONH4）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等．某化学兴趣小组用模拟制备氨基甲酸铵，反应的化学方程式如下：2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4（s）△H＜0
（1）如用1图装置制取氨气，选择的试剂可以是BC（填序号）．
A．氯化铵固体与消石灰固体      B．浓氨水与碱石灰
C．浓氨水与NaOH固体          D．氯化铵溶液与烧碱溶液
（2）制备氨基甲酸铵的装置如图2，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中．当悬浮物较多时，停止制备．（注：四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质）

①发生器用冰水冷却的原因是降低温度，促平衡正向移动，提高反应物转化率（或降低温度，防止因反应放热造成产物分解）；液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡，调节NH3与CO2通入比例．
②尾气处理装置如图3所示．
双通玻璃管的作用：防止倒吸；浓硫酸的作用：吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解．
（3）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.7820g，用足量石灰水充分处理后，使所有碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为1.000g．则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为79.80%．
[Mr（NH2COONH4）=78、Mr（NH4HCO3）=79、Mr（CaCO3）=100]．
19．硫酸亚锡（SnSO4）是一种重要的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业．某研究小组设计SnSO4制备路线如下：

查阅资料：
Ⅰ．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式，Sn2+易被氧化．
Ⅱ．SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡
回答下列问题：
（1）锡元素原子的核电荷数为50，与碳元素属于同一主族，锡元素在周期表中的位置是第五周期ⅣA族．
（2）操作Ⅰ是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤．
（3）SnCl2粉末需加浓盐酸进行溶解，请用平衡移动原理解释原因SnCl2水解，发生SnCl2+H2O?Sn（OH）Cl+HCl，加入盐酸，使该平衡向左移动，抑制Sn2+水解．
（4）加入Sn粉的作用有两个：①调节溶液pH  ②防止Sn2+被氧化．
（5）反应Ⅰ得到沉淀是SnO，得到该沉淀的离子反应方程式是Sn2++CO32-═SnO↓+CO2↑．
（6）酸性条件下，SnSO4还可以用作双氧水去除剂，发生反应的离子方程式是Sn2++H2O2+2H+═Sn4++2H2O．
（7）该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度（杂质不参与反应）：
①将试样溶于盐酸中，发生的反应为：Sn+2HCl═SnCl2+H2↑；
②加入过量的FeCl3溶液；
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9．某学生用如图所示装置证明溴和苯的反应是取代反应而不是加成反应．主要实验步骤如下：
（1）检查气密性，然后向烧瓶中加入一定量的苯和液溴．
（2）向锥形瓶中加入某溶液适量，小试管中加入CCl4，并将右边的长导管口浸入CCl4液面下．
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请填写下列空白：
①装置B的锥形瓶中小试管内CCl4的作用是吸收挥发的溴蒸气；小试管外的液体是（填名称冷水，其作用是吸收HBr气体．
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16．己知X、Y、Z、W、N、U、V是短周期的主族元素，原子序数依次增大．X与N同主族，且与W都能形成A2B、A2B2型化合物；Z、W的单质常温下均为无色气体；Y原子的L层电子数是K层电子数的2倍；U原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，试回答下列问题：
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（2）X、Y、Z、W四种元素（按顺序）可组成原子个数比为5：1：1：3的化合物，该化合物的稀溶液与足量氢氧化钠溶液反应的离子方程式为NH4++HCO3-+2OH-=NH3．H2O+CO32-．
13．下列说法不正确的是（　　）
A．1L水中溶解了58.5gNaCl，该溶液的物质的量浓度为1mol/L
B．从1L 2mol/L的H2SO4溶液中取出0.5L，该溶液中氢离子的浓度为4mol/L
C．配制100mL0.5 mol/L的NaCl溶液，需用托盘天平称取食盐2.9g
D．中和100mL 1mol/L的H2SO4溶液，需NaOH为8g
14．在c（Ca2+）=0.1mol•L-1的新制漂白粉的溶液中，下列各组离子能在其中大量共存的是（　　）
A．Na+、K+、CO${\;}_{3}^{2-}$、NO${\;}_{3}^{-}$B．K+、Na+、NO${\;}_{3}^{-}$、CH3COO-
C．Na+、K+、S2-、OH-D．H+、NH${\;}_{4}^{+}$、NO${\;}_{3}^{-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$

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