Question

22.鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白（TiO₂）是目前最好的白色顏料。制備TiO₂和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵礦儲量居世界首位。含有Fe₂O₃的鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃）制取TiO₂的流程如下：

⑴ Ti的原子序數(shù)為22，Ti位于元素周期表中第_____周期，第______族。

⑵步驟①加鐵的目的是_________________________________________________；

步驟②冷卻的目的是_________________________________________________。

⑶ 上述制備TiO₂的過程中，可以利用的副產(chǎn)物是___________；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應(yīng)加入_________________處理。

⑷ 由金紅石(TiO₂)制取單質(zhì)Ti，涉及到的步驟為：

已知：

① C(s) + O₂(g) == CO₂(g)；                △H = －393.5 KJ·mol^-1

② 2CO(g) + O₂(g) == 2CO₂(g)；            △H =－566 KJ·mol^-1

③ TiO₂(s) + 2Cl₂(g) == TiCl₄(s) + O₂(g)；     △H = +141 KJ·mol^-1

則TiO₂(s) + 2Cl₂(g) + 2C(s)== TiCl₄(s) + 2CO(g) 的△H = ____________。

反應(yīng)TiCl₄ + 2Mg == 2MgCl₂ + Ti 在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是___________________。

Answer 1

答案：

（1）4      IVB

（2）將Fe³⁺還原為Fe²⁺    析出（或分離、或得到）FeSO₄·7H₂O

（3）FeSO₄·7H₂O    石灰（或碳酸鈣、廢堿）

（4）-80 kJ·mol^-1

     防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用

 

解析：本題是一道典型的無機(jī)物框圖制備題。不僅考查對基礎(chǔ)知識的掌握，還主要考查學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力。

（1）由原子序數(shù)推斷元素在周期表中的位置，關(guān)鍵是熟悉元素周期表的結(jié)構(gòu)，即各周期起止元素的原子序數(shù)、各族的相對位置等。Ti的原子序數(shù)為22，與熟悉的Ca（原子序數(shù)為20）相近，由Ca在元素周期表中的位置，分析推斷Ti位于第四周期，第ⅣB族。

（2）由框圖所示流程分析可知，要將TiO²⁺與Fe³⁺、Fe²⁺分離，需要先加入鐵粉將Fe³⁺還原為Fe²⁺，趁熱過濾除去殘?jiān)�，再將濾液冷卻使FeSO₄·7H₂O析出。

（3）制備TiO₂過程中的副產(chǎn)物FeSO₄·7H₂O在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有較多的應(yīng)用。在分離出H₂TiO₃的廢液中，還含有少量的TiO²⁺、Fe²⁺，可加入石灰（或碳酸鈣、廢堿）降低H⁺的濃度，使之轉(zhuǎn)化為沉淀析出，進(jìn)行循環(huán)利用。

（4）反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與具體的反應(yīng)進(jìn)行的途徑無關(guān)。將已知熱化學(xué)方程式相加減③+2×①－②得TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）==TiCl₄（s）+2CO（g），其ΔH=141 kJ·mol^－1+2×（－393.5 kJ·mol^－1）－（－566 kJ·mol^－1）=－80 kJ·mol^－1。因?yàn)樵诟邷叵�，Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用，所以用Mg還原TiCl₄時(shí)要在惰性氣氛（Ar）中進(jìn)行。