题目内容
钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白（TiO2）是目前最好的白色颜料．制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位．含有Fe2O3的钛铁矿（FeTiO3）制取TiO2的流程如下：
（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第
（2）步骤①加Fe的目的是
（3）上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是
（4）由金红石（TiO2）制取单质Ti，涉及到的步骤为：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（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g）的△H=
（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第
四
四
周期，第ⅣB
ⅣB
族．（2）步骤①加Fe的目的是
将Fe3+还原为Fe2+
将Fe3+还原为Fe2+
；步骤②冷却的目的是析出（或分离、或得到）FeSO4?7H2O
析出（或分离、或得到）FeSO4?7H2O
．（3）上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是
FeSO4?7H2O
FeSO4?7H2O
；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入石灰（或碳酸钙、废碱）
石灰（或碳酸钙、废碱）
处理．（4）由金红石（TiO2）制取单质Ti，涉及到的步骤为：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（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g）的△H=
-80kJ?mol-1
-80kJ?mol-1
．反应TiCl4+2Mg=2MgCl+Ti 在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用
防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用
．分析：铁粉的作用由步骤①的前后以及最后所得产物中的FeSO4?7H2O分析，不难得出是为了除去混合溶液中的Fe3+；
步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4?7H2O可得，是为降低FeSO4?7H2O的溶解度；
上述过程中，可以利用的副产物也可从反应产物入手分析为FeSO4?7H2O、CO、MgCl2；
Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应；
图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液（TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4），应加入碱性物质处理，
依盖斯定律，根据已知①，②可推算出2C（s）+O2（g）=2CO（g）的△H=2×（-393.5）+566=-221 kJ?mol-1，
由此结合③可推算出△H=-221+141=-80 kJ?mol-1．
步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4?7H2O可得，是为降低FeSO4?7H2O的溶解度；
上述过程中，可以利用的副产物也可从反应产物入手分析为FeSO4?7H2O、CO、MgCl2；
Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应；
图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液（TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4），应加入碱性物质处理，
依盖斯定律，根据已知①，②可推算出2C（s）+O2（g）=2CO（g）的△H=2×（-393.5）+566=-221 kJ?mol-1，
由此结合③可推算出△H=-221+141=-80 kJ?mol-1．
解答：解：（1）Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族，故答案为：四；ⅣB；
（2）铁粉的作用是为了除去混合溶液中的Fe3+；步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4?7H2O可得，是为降低FeSO4?7H2O的溶解度，
故答案为：将Fe3+还原为Fe2+；析出（或分离、或得到）FeSO4?7H2O；
（3）得到的副产物为FeSO4?7H2O，图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液（TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4），应加入碱性物质处理，可以是石灰（或碳酸钙、废碱），
故答案为：FeSO4?7H2O； 石灰（或碳酸钙、废碱）；
（4）依盖斯定律，将③+①×2-②可得：TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g），
△H=（+141kJ?mol-1）+2×（-393.5kJ?mol-1）-（-566kJ?mol-1）=-80 kJ?mol-1，Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，
故答案为：-80 kJ?mol-1； 防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用．
（2）铁粉的作用是为了除去混合溶液中的Fe3+；步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4?7H2O可得，是为降低FeSO4?7H2O的溶解度，
故答案为：将Fe3+还原为Fe2+；析出（或分离、或得到）FeSO4?7H2O；
（3）得到的副产物为FeSO4?7H2O，图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液（TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4），应加入碱性物质处理，可以是石灰（或碳酸钙、废碱），
故答案为：FeSO4?7H2O； 石灰（或碳酸钙、废碱）；
（4）依盖斯定律，将③+①×2-②可得：TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g），
△H=（+141kJ?mol-1）+2×（-393.5kJ?mol-1）-（-566kJ?mol-1）=-80 kJ?mol-1，Mg是活泼金属，能与空气中多种物质反应，因此可得出Ar气作用为保护气，防止Mg和空气中物质反应，
故答案为：-80 kJ?mol-1； 防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用．
点评：本题以工业生产流程为背景材料的信息题，考查了化学基本理论和基础知识，题型比较新颖，属中等难度．流程类试题往往通过对某种重要化工产品的工业生产流程简图分析，考查应用化学反应原理、化学平衡原理、水解理论、物质制备和分离的知识、绿色化学以及以经济的视角分析实际生产中的各种问题的能力．分析流程题需要掌握的技巧是：浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）．每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？
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