【題目】鈦被稱為“二十一世紀(jì)金屬”,工業(yè)上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下:
已知:鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是TiOSO4和FeSO4 , TiOSO4遇水會(huì)水解.
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有 , 操作2是、過(guò)濾,副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為
(2)請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)解釋將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理
(3)已知鈦的還原性介于鋁和鋅之間,估計(jì)鈦能耐腐蝕的原因之一是 , 如果可從Za、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂,那么該金屬跟四氯化鈦反應(yīng)的化學(xué)方程式是
(4)電解TiO2來(lái)獲得Ti是以TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaO為電解質(zhì),用碳?jí)K作電解槽,其陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為
(5)為測(cè)定溶液中TiOSO4的含量,首先取待測(cè)鈦液10mL用水稀釋至100mL,加過(guò)量鋁粉,充分振蕩,使其完全反應(yīng):3TiO2++Al+6H+═3Ti3++AlO3++3H2O,過(guò)過(guò)濾后,取出濾液20.00mL,向其中滴加2~3滴KSCN溶液作指示劑,用(填一種玻璃儀器的名稱)滴加0.1000molL﹣1FeCl3溶液,發(fā)生Ti3++Fe3+═Ti4++Fe2+ , 當(dāng)溶液出現(xiàn)紅色達(dá)到滴定終點(diǎn),用去了30.00mLFeCl3溶液,待測(cè)鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是

【答案】
(1)漏斗、玻璃棒;蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶;FeSO4
(2)溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ , 當(dāng)加熱升溫后,平衡正向移動(dòng),生成H2TiO3
(3)鈦表面形成一層致密的氧化膜(或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密);TiCl4+4Na Ti+4NaCl
(4)TiO2 +4e=Ti+2O2
(5)酸式滴定管;1.50 molL﹣1
【解析】解:用濃硫酸處理鈦鐵礦,并向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過(guò)量鐵粉還原鐵離子,過(guò)濾得到濾液通過(guò)蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過(guò)濾得到TiO2+濾液,和副產(chǎn)品FeSO4 , 濾液中加入水加熱過(guò)濾得到H2TiO3 , H2TiO3加熱灼燒得到TiO2 , 加入氯氣、過(guò)量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl4和一氧化碳,四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬.(1)操作1為過(guò)濾用到的玻璃儀器除燒杯外還有漏斗、玻璃棒,操作2的實(shí)驗(yàn)步驟為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,加入過(guò)量鐵屑后溶液中含有Fe2+離子,則過(guò)濾后可得FeSO47H2O(或FeSO4),副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為FeSO4 , 故答案為:漏斗、玻璃棒;蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶;FeSO4;(2)加熱的目的是促進(jìn)TiO2+水解生成H2TiO3 , 分離出固體加熱得到TiO2;溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ , 當(dāng)加熱升溫后, 平衡正向移動(dòng),生成H2TiO3
故答案為:溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ , 當(dāng)加熱升溫后,平衡正向移動(dòng),生成H2TiO3;(3)鈦的還原性介于鋁與鋅之間,氧化鋁是一層致密的氧化膜,估計(jì)鈦能耐腐蝕的原因鈦表面形成一層致密的氧化膜(或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密);活潑金屬鈉可以將金屬鈦置換出來(lái):TiCl4+4Na Ti+4NaCl,Zn、和Fe都是不可以的,活潑性差,
故答案為:鈦表面形成一層致密的氧化膜(或鈦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密);TiCl4+4Na Ti+4NaCl;(4)因TiO2作陰極,得到電子,被還原,TiO2 +4e=Ti+2O2 , 得到單質(zhì)Ti,
故答案為:TiO2 +4e=Ti+2O2;(5)準(zhǔn)確滴加氯化鐵溶液可使用滴定管,氯化鐵有較強(qiáng)的氧化性,應(yīng)用酸式滴定管;
設(shè)濾液Ti3+的物質(zhì)的量為x,

Ti3+(紫色)+

Fe3++H2O=TiO2+(無(wú)色)+Fe2++2H+

1

1

x

0.1000molL﹣1×0.03L

解得x=0.1000molL﹣1×0.03L=0.003mol
則待測(cè)鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量=0.003mol×5=0.015mol
根據(jù)c= = =1.50 molL﹣1 ,
故答案為:酸式滴定管;1.50 molL﹣1
用濃硫酸處理鈦鐵礦,并向所得溶液中加入大量水稀釋后加入過(guò)量鐵粉還原鐵離子,過(guò)濾得到濾液通過(guò)蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過(guò)濾得到TiO2+濾液,和副產(chǎn)品FeSO4 , 濾液中加入水加熱過(guò)濾得到H2TiO3 , H2TiO3加熱灼燒得到TiO2 , 加入氯氣、過(guò)量碳高溫加熱反應(yīng)生成TiCl4和一氧化碳,四氯化鈦和金屬鎂高溫加熱反應(yīng)得到氯化鎂和鈦金屬,(1)操作1為過(guò)濾,操作2的實(shí)驗(yàn)步驟為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,加入過(guò)量鐵屑后溶液中含有Fe2+離子,依據(jù)原子守恒可知產(chǎn)物為硫酸亞鐵,則過(guò)濾后可得FeSO47H2O(或FeSO4),濾渣為過(guò)量的鐵屑和不溶物脈石;(2)依據(jù)溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ , 平衡影響因素和平衡移動(dòng)原理分析判斷;(3)根據(jù)金屬鋁的氧化物的性質(zhì)結(jié)合信息來(lái)回答,金屬鈉的活潑性強(qiáng),可以用于金屬的冶煉;(4)根據(jù)電解原理:陰極上是發(fā)生得電子的還原反應(yīng);(5)準(zhǔn)確滴加氯化鐵溶液可使用酸式滴定管;根據(jù)元素守恒計(jì)算待測(cè)鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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【題目】化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。

1用生物質(zhì)熱解氣(主要成分為CO、CH4、H2)SO2在一定條件下還原為單質(zhì)硫進(jìn)行煙氣脫硫。已知

①C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=-393.5 kJ·mol-1

②CO2(g)+C(s)=2CO(g) H2= + 172.5 kJ·mol-1

③S(s)+O2(g)=SO2(g) H3=- 296.0 kJ·mol-1

COSO2 還原為單質(zhì)硫的熱化學(xué)方程式為_____________________________________。

2CO可用于合成甲醇,一定溫度下,向體積為2 L的密閉容器中加入COH2,發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)達(dá)到平衡后測(cè)得各組分的濃度如下

物質(zhì)

CO

H2

CH3OH

濃度(mol·L-1

0.9

1.0

0.6

反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率為_______________。

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________________。

恒溫恒容條件下,可以說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________(填標(biāo)號(hào))。

Av(CO)=2v(H2) B.混合氣體的密度不變

C.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 DCH3OH、COH2的濃度都不再發(fā)生變化

若將容器體積壓縮到1L,則達(dá)到新平衡時(shí)c(H2)的取值范圍是_____________

若保持容器體積不變,再充入0.6molCO0.4molCH3OH,此時(shí)v__________v(>”<“=”)。

3常溫下,HNO2的電離常數(shù)Ka=7.1×10-4mol·L-1NH3·H2O的電離常數(shù)Kb=1.7×10-5mol·L-10.1mol·L-1NH4NO2溶液中離子濃度由大到小的順序是__________,常溫下NO2-水解反應(yīng)的平衡常數(shù)Kb=__________(保留兩位有效數(shù)字)。

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測(cè)定過(guò)碳酸鈉樣品(含有的雜質(zhì)不溶于水且不與酸反應(yīng))的純度.
實(shí)驗(yàn)原理2Na2CO4+4HCl═4NaCl+2CO2↑+O2↑+2H2O
實(shí)驗(yàn)裝置

交流與討論
Ⅰ.甲同學(xué)認(rèn)為測(cè)定產(chǎn)物中O2的體積即可測(cè)定樣品的純度.
(1)裝置②的作用是:;
(2)裝置③的作用是:
(3)稱取適量樣品與足量濃鹽酸充分反應(yīng)后,收集到的氧氣的體積為0.25L(已知該實(shí)驗(yàn)條件下氧氣的密度為1.28g/L),則稱取的樣品質(zhì)量應(yīng)大于g;
(4)Ⅱ.乙同學(xué)認(rèn)為測(cè)定產(chǎn)物中CO2的質(zhì)量(即反應(yīng)前后裝置②的質(zhì)量差)就可測(cè)定樣品的純度.但利用上述實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得CO2的質(zhì)量并計(jì)算樣品的純度,結(jié)果會(huì)偏高,你認(rèn)為原因可能是();(填序號(hào))
A.濃鹽酸易揮發(fā),產(chǎn)生的氯化氫氣體被裝置②吸收
B.二氧化碳?xì)怏w逸出時(shí)帶出的水蒸氣在裝置②中冷凝而被吸收
C.裝置①、②內(nèi)空氣中的二氧化碳被裝置②吸收
(5)Ⅲ.丙同學(xué)提出了一種新方案,得到了大家的一致認(rèn)可:稱取樣品12.5g,滴加足量濃鹽酸至樣品反應(yīng)完全,再將燒瓶中所有的液體蒸發(fā)、結(jié)晶、烘干,稱得氯化鈉固體11.7g.則該樣品的純度為多少?

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