Question

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。制備去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的流程如圖2-3-3所示：

圖2-3-3

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

(2)步驟①加Fe的目的是：_____________________________________________；

步驟②冷卻的目的是：________________________________________________。

(3)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。

(4)由金紅石(TiO₂)制取單質(zhì)Ti，涉及的步驟為：

已知：①C(s)+O₂(g)====CO₂(g);  ΔH=-393.5 kJ·mol^-1

②2CO(g)+O₂(g)====2CO₂(g);  ΔH=-566 kJ·mol^-1

③TiO₂(s)+2Cl₂(g)====TiCl₄(s)+O₂(g);  ΔH=+141 kJ·mol^-1

則TiO₂(s)+2Cl₂(g)+2C(s)====TiCl₄(s)+2CO(g)的ΔH=_________。

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

Answer 1

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、純堿)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時要在惰性氣氛(Ar)中進(jìn)行。

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、純堿)

(4)-80 kJ·mol^-1  防止高溫下Mg(Ti)與空氣中的O₂(或CO₂、N₂)作用