15.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遇水會水解.
請回答下列問題:
(1)操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有漏斗、玻璃棒,操作2是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾,副產(chǎn)品主要成分的化學(xué)式為FeSO4
(2)請結(jié)合化學(xué)用語解釋將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理溶液中存在平衡:TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+,當(dāng)加熱升溫后,平衡正向移動,生成H2TiO3
(3)已知鈦的還原性介于鋁和鋅之間,估計鈦能耐腐蝕的原因之一是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),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TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ti+4NaCl
(4)電解TiO2來獲得Ti是以TiO2作陰極,石墨為陽極,熔融CaO為電解質(zhì),用碳塊作電解槽,其陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為TiO2+4e-=Ti+2O2-
(5)為測定溶液中TiOSO4的含量,首先取待測鈦液10mL用水稀釋至100mL,加過量鋁粉,充分振蕩,使其完全反應(yīng):3TiO2++Al+6H+═3Ti3++AlO3++3H2O,過過濾后,取出濾液20.00mL,向其中滴加2~3滴KSCN溶液作指示劑,用酸式滴定管(填一種玻璃儀器的名稱)滴加0.1000mol•L-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,用去了30.00mLFeCl3溶液,待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量濃度是1.50mol•L-1

分析 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量鐵粉還原鐵離子,過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾得到TiO2+濾液,和副產(chǎn)品FeSO4,濾液中加入水加熱過濾得到H2TiO3,H2TiO3加熱灼燒得到TiO2,加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(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為過濾,操作2的實驗步驟為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,加入過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,則過濾后可得FeSO4•7H2O(或FeSO4),濾渣為過量的鐵屑和不溶物脈石;
(2)依據(jù)溶液中存在平衡:TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+,平衡影響因素和平衡移動原理分析判斷;
(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)元素守恒計算待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量.

解答 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量鐵粉還原鐵離子,過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾得到TiO2+濾液,和副產(chǎn)品FeSO4,濾液中加入水加熱過濾得到H2TiO3,H2TiO3加熱灼燒得到TiO2,加入氯氣、過量碳高溫加熱反應(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為過濾用到的玻璃儀器除燒杯外還有漏斗、玻璃棒,操作2的實驗步驟為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,加入過量鐵屑后溶液中含有Fe2+離子,則過濾后可得FeSO4•7H2O(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++2H2O?H2TiO3+2H+,當(dāng)加熱升溫后,
平衡正向移動,生成H2TiO3;
故答案為:溶液中存在平衡:TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+,當(dāng)加熱升溫后,平衡正向移動,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:TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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+(無色)+Fe2++2H+
1                    1
x    0.1000mol•L-1×0.03L
解得x=0.1000mol•L-1×0.03L=0.003mol
則待測鈦液中TiOSO4的物質(zhì)的量=0.003mol×5=0.015mol
根據(jù)c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.015mol}{0.01L}$=1.50 mol•L-1,
故答案為:酸式滴定管;1.50 mol•L-1

點評 本題以框圖推斷的形式結(jié)合化學(xué)實驗和元素化合物的相關(guān)知識考查學(xué)生的閱讀、分析、提取信息解決問題的能力,主要是化學(xué)工藝流程,題目難度較大,做題時注意從物質(zhì)的性質(zhì)角度結(jié)合題中信息解答.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:填空題

4.某食品有限公司生產(chǎn)的統(tǒng)一鮮橙多,配料:①水、②糖、③鮮橙濃縮汁、④檸檬酸、⑤維生素C、⑥食用香料、⑦β一胡蘿卜素 (鮮橙原汁含量≥20% 凈含量:1.5L).其中屬于食品添加劑中的著色劑的是⑦,屬于調(diào)味劑的是②④⑥,屬于營養(yǎng)強(qiáng)化劑的是③⑤⑦(以上填序號),由于沒有加入防腐劑建議最好不要貯存太久.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

6.CO2的回收利用對減少溫室氣體排放、改善人類生存環(huán)境具有重要意義.利用CO2和CH4重整可制合成氣(主要成分CO、H2).重整過程中部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:
①CH4(g)═C(s)+2H2(g)△H=+75.0kJ/mol
②CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H=+41.0kJ/mol
③CO(g)+H2(g)═C(s)+H2O(g)△H=-131.0kJ/mol
(1)反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g)的△H=+247kJ/mol;
(2)固定n(CO2)=n(CH4),改變反應(yīng)溫度,CO2和CH4的平衡轉(zhuǎn)化率圖1.

①同溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率大于(填“大于”或“小于”)CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,其原因是CO2發(fā)生了其他副反應(yīng);
②高溫下進(jìn)行該反應(yīng)時常會因反應(yīng)①生成“積碳”(碳單質(zhì)),造成催化劑中毒,高溫下反應(yīng)①能自發(fā)進(jìn)行的原因是△S>0.
(3)一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶,其反應(yīng)機(jī)理如圖2所示,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+4H2=CH4+2H2O,反應(yīng)過程中碳元素的化合價為-2價的中間體是MgOCH2
(4)鹵水可在吸收煙道氣中CO2的同時被凈化,實現(xiàn)以廢治廢,其中涉及的一個反應(yīng)是CaSO4+Na2CO3═CaCO3+Na2SO4,則達(dá)到平衡后,溶液中$\frac{c(C{O}_{3}^{2-})}{c(S{O}_{4}^{2-})}$=$\frac{Ksp(CaC{O}_{3})}{Ksp(CaS{O}_{4})}$[用Ksp(CaSO4)和Ksp(CaCO3)表示].

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

3.某化學(xué)實驗室產(chǎn)生的廢液中含有Fe3+、Cu2+和Cl-,化學(xué)小組設(shè)計了如圖所示的方案對廢液進(jìn)行處理,以回收金屬,保護(hù)環(huán)境.

(1)廢液經(jīng)操作①得到的沉淀A中含有的金屬單質(zhì)是銅、鐵;
(2)寫出操作①的反應(yīng)離子方程式Fe+Cu2+=Fe2++Cu;Fe+2Fe3+=3Fe2+
(3)在溶液A中加入氫氧化鈉的現(xiàn)象為有紅褐色沉淀生成發(fā)生的化學(xué)方程式為FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:計算題

10.生態(tài)農(nóng)業(yè)涉及農(nóng)家廢料的綜合利用,某種肥料經(jīng)發(fā)酵得到一種含甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體.2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)該氣體通過盛有紅熱CuO粉末的硬質(zhì)玻璃管,發(fā)生的反應(yīng)為:CH4+4CuO═CO2+2H2O+4Cu.當(dāng)甲烷完全反應(yīng)后,硬質(zhì)玻璃管的質(zhì)量減輕4.8g.將反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體通入過量的澄清石灰水中,充分吸收,生成沉淀9g.
(1)原混合氣體中甲烷的物質(zhì)的量是多少?
(2)原混合氣體中氮氣的質(zhì)量是多少?

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

20.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用.如圖表示一個電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)線與直流電源相連.請回答以下問題:
(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實驗開始時,同時在U型管兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則:
①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑.
在X極附近觀察到的現(xiàn)象是電極上放出氣體,溶液變紅.
②Y電極上的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-=Cl2↑,
檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近,試紙變藍(lán)色,說明有氯氣生成.
該電解池的電解反應(yīng)化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑.
(2)如要用電解方法在鐵件上鍍銀,電解液a選用AgNO3(或可溶性銀鹽)溶液,則:x電極的材料是鐵件.
(3)若用電解方法防止鐵被腐蝕,則:鐵作X極(填“X”或“Y”)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

7.下列圖示與對應(yīng)的敘述相符的是( 。
A.圖1表示相同溫度下pH=1的鹽酸和醋酸溶液分別加水稀釋時pH的變化曲線,其中曲線Ⅱ為鹽酸,且b點溶液的導(dǎo)電性比a點強(qiáng)
B.圖2中純水僅升高溫度,就可以從a點變到c點
C.圖1中,b點酸的總濃度大于a點酸的總濃度
D.圖2中在b點對應(yīng)溫度下,將pH=2的H2SO4與pH=10的NaOH溶液等體積混合后,溶液顯中性

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

4.用惰性電極電解下列溶液,一段時間后,再加入一定質(zhì)量的另一種物質(zhì)(中括號內(nèi)),溶液能與原來溶液完全一樣的是( 。
A.HCl[H2O]B.NaOH[Na2O]C.KI[HI]D.CuSO4[Cu(OH)2]

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

5.下列反應(yīng)的能量變化與其他三項不相同的是( 。
A.生石灰與水的反應(yīng)B.氯化銨與氫氧化鋇的反應(yīng)
C.鋅片與稀硫酸的反應(yīng)D.金屬鈉與冷水的反應(yīng)

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