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（FeTiO₃）制取TiO₂的流程如下：
（1）Ti的原子序數為22，Ti位于元素周期表中第

四

周期，第

ⅣB

族．
（2）步驟①加Fe的目的是

將Fe³⁺還原為Fe²⁺

；步驟②冷卻的目的是

析出（或分離、或得到）FeSO₄?7H₂O

．
（3）上述制備TiO₂的過程中，可以利用的副產物是

FeSO₄?7H₂O

；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應加入

石灰（或碳酸鈣、廢堿）

處理．
（4）由金紅石（TiO₂）制取單質Ti，涉及到的步驟為：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則TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=

-80kJ?mol^-1

．反應TiCl₄+2Mg=2MgCl+Ti 在Ar氣氛中進行的理由是

防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用

．

Answer 1

分析：鐵粉的作用由步驟①的前后以及最后所得產物中的FeSO₄?7H₂O分析，不難得出是為了除去混合溶液中的Fe³⁺；
步驟②冷卻的目的由操作過濾和得到的物質是FeSO₄?7H₂O可得，是為降低FeSO₄?7H₂O的溶解度；
上述過程中，可以利用的副產物也可從反應產物入手分析為FeSO₄?7H₂O、CO、MgCl₂；
Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應；
圖示水浸過程生成H₂TiO₃同時生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），應加入堿性物質處理，
依蓋斯定律，根據已知①，②可推算出2C（s）+O₂（g）=2CO（g）的△H=2×（-393.5）+566=-221 kJ?mol^-1，
由此結合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，故答案為：四；ⅣB；
（2）鐵粉的作用是為了除去混合溶液中的Fe³⁺；步驟②冷卻的目的由操作過濾和得到的物質是FeSO₄?7H₂O可得，是為降低FeSO₄?7H₂O的溶解度，
故答案為：將Fe³⁺還原為Fe²⁺；析出（或分離、或得到）FeSO₄?7H₂O；
（3）得到的副產物為FeSO₄?7H₂O，圖示水浸過程生成H₂TiO₃同時生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），應加入堿性物質處理，可以是石灰（或碳酸鈣、廢堿），
故答案為：FeSO₄?7H₂O； 石灰（或碳酸鈣、廢堿）；
（4）依蓋斯定律，將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是活潑金屬，能與空氣中多種物質反應，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質反應，
故答案為：-80 kJ?mol^-1； 防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．

點評：本題以工業生產流程為背景材料的信息題，考查了化學基本理論和基礎知識，題型比較新穎，屬中等難度．流程類試題往往通過對某種重要化工產品的工業生產流程簡圖分析，考查應用化學反應原理、化學平衡原理、水解理論、物質制備和分離的知識、綠色化學以及以經濟的視角分析實際生產中的各種問題的能力．分析流程題需要掌握的技巧是：瀏覽全題，確定該流程的目的，看懂生產流程圖；了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續設問中的提示性信息，并在下一步分析和解題中隨時進行聯系和調用；解析流程圖并思考從原料到產品依次進行了什么反應？利用了什么原理（氧化還原？溶解度？溶液中的平衡？）．每一步操作進行到什么程度最佳？每一步除目標物質外還產生了什么雜質或副產物？雜質或副產物是怎樣除去的？