（11分）钛是一种重要的金属,工业上用钛铁矿（主要成分为FeTiO3 ，含FeO、Al2O...

（11分）钛是一种重要的金属,工业上用钛铁矿（主要成分为FeTiO₃ ，含FeO、Al₂O₃、SiO₂ 等杂质）为原料制钛白粉（TIO₂ ） , TiO₂常通过两种方法可制得 Ti。

其中， 2H₂SO₄＋ FeTiO₃ = TiOSO₄＋ FeSO₄＋ 2H₂O 。回答下列问题。

（l）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，该过程中发生反应的化学方程式有：

SiO₂+2NaOH =Na₂SiO₃ + H₂O 和________

（2）滤液①中的溶质主要是 FeSO₄，检验其中Fe²⁺的方法是：________．

（3）从 TiOSO₄→H₂TiO₃需要加热，则加热的目的是:________。

（4）电解 TiO₂来获得 Ti 是以 TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解液，用碳块作电解槽池。其阴极反应的电极反应式为:________．

（5）从化学平衡的角度解释：往TiO₂和Cl₂反应体系中加人焦炭后，能使反应 TIO₂（s） + 2C1₂ （g）TICl₄（l） +O₂ （g）顺利进行的原因是:________

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( 9分）重铬酸钾(K2Cr2O7)是重要氧化剂，重铬酸钾的溶解度受温度影响较大，工业上常用铬铁矿(主要成分为FeO•Cr2O3，杂质为SiO2•Al2O3）为原料生产它。实验室模拟工业上用铬铁矿制 K2CrO7的主要工艺流程如下图。涉及“碱熔”的主要反应为：

6 FeO•Cr2O3 + 24NaOH + 7KC1O3 = 12NaCrO4 + 3Fe2O3 + 7KCl + 12H2O

（1）使用粉末状铬铁矿的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）调节pH后，过滤得到的滤渣是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (填化学式)。

（3）酸化Na2CrO4溶液时，其平衡转化的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）称取重铬酸钾试样2．500g配成500mL溶液，取出25．00mL于锥形瓶中，加入10 mL2mol/LH2SO4和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+），放于暗处5min。然后加入100 mL 水，加人3mL淀粉溶液(作指示剂)，用0．1200 mol/LNa2S2O3标准溶液滴定( I2 + 2S2O2－ 3= 2I－+S4O2－ 6），用去20．00mL ，则该样品的纯度为　　　　 。

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金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。工业上用钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁FeTiO3，含FeO、Fe2O3、SiO2)为原料制TiO2,再由TiO2制得金属Ti

资料：TiO2+会发生水解

(1)步骤②、③、④中，均需用到的操作是_______。(填操作名称)

(2)检验滤液2中是否含Fe3+的方法是：_______。

(3)步骤1中FeTiO3溶于过量硫酸的化学方程式___________。

(4)请结合化学用语解释步骤④中加热水的原因___________。

(5)电解法获得Ti是通过图装置，以熔融CaCl2做电解质

①a为电源的_____(填“正”或“负”)

②在制备钛的过程中石墨电极附近的气泡中除了O2、CO、CO2外还可能有的气体是______________，用化学用语解释原因________________。

(6)测定废液中Fe2+浓度已确认铁元素的回收率：取25.00ml废液于锥形瓶中，用硫酸酸化的xmol/LKMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积如图所示：

(滴定时发生反应的离子方程式为：5Fe2+＋MnO4-＋8H+→5Fe3+＋Mn2+＋4H2O).废液中c(Fe2+)=_________

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（16分）金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H2SO4(浓)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

（1）步骤I中发生反应的离子方程式：　　　 　　　　　　　　 　　 、　 　　　　　　　　　 　　　　 。

（2）已知：TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。

25 ℃时，难溶电解质溶解度(s)与pH关系如图，TiO(OH)2溶度积Ksp＝1×10－29

①步骤Ⅲ加入铁屑原因是　　　　　　　　　　　　　　 。

②TiO2＋水解的离子方程式为　　　　　　　　　　 。向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是　　　　　 。

当溶液pH接近　　　　 时，TiO(OH)2已沉淀完全。

（3）反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于　　　　　 ℃即可。

（4）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。写出阳极上所发生的反应式：　　　　　　　　　　　　　 。

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(14分)金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H2SO4(浓)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

（1）步骤I中发生反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　　 、　　　　　　　　　　　　 。

（2）已知：TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。

　　　　 25 ℃时，难溶电解质溶解度与pH关系如图，

TiO(OH)2溶度积Ksp＝1×10－29

①步骤Ⅲ加入铁屑原因　　 是　　　　　　　 　　　　　　 。

② TiO2＋水解的离子方程式为　　　　　　　　　　　　 。

向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是　　　　　 。

当溶液pH= 　　　　 时，TiO(OH)2已沉淀完全。

（3）TiCl4→Ti反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于　　　　　 ℃即可。

（4）电解TiO2制备钛的方法如图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO2熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为　　　　　 。

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钛合金在国防、医用器材领域有重要应用，某研究小组利用钛铁矿[主要成分偏钛酸亚铁(FeTiO3)，含SiO2、FeO 杂质]制取TiCl4，然后进一步制备金属钛，流程如下∶

已知∶

a.发生的主要反应方程式如下∶

FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O　　　　　　　　 TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4

H2TiO3TiO2+H2O

b.部分物质的性质∶

请回答∶

(1)步骤II抽滤时选用了玻璃砂漏斗，请说明选择的理由______。

(2)步骤III为了除去浸取液中的铁元素杂质并回收FeSO4∙7H2O。往浸取液中加入铁粉至溶液中的Fe3+完全转化，然后抽滤，滤液用冰盐水快速冷却至FeSO4∙7H2O结晶析出，再次抽滤并洗涤。下列说法正确的是____。

A.杂质Fe3+可能是在实验过程中氧化生成的

B.再次抽滤获得的滤液中的溶质是TiOSO4和FeSO4

C.利用冰盐水快速冷却有利于形成较大的晶体颗粒

D.再次抽滤后的洗涤应选用蒸馏水进行多次洗涤

(3)步骤IV包括钛盐的水解、产物的分离和物质的转化。操作步骤如下∶取一部分步骤III获得的滤液→（________）→（________）→（________）→（_________）→抽滤得偏钛酸(H2TiO3)，将偏钛酸在坩埚中加热得到二氧化钛(TiO2)。

①将下列操作按合理顺序填入以上空格。

a.静置沉降后，用倾析法除去上层水；

b.逐滴加入到沸水中并不停搅拌，继续煮沸约10 min；

c.用热的稀硫酸洗涤沉淀2~3次，然后用热水洗涤沉淀；

d.慢慢加入其余全部滤液，继续煮沸约30 min (过程中适当补充水至原体积)；

②写出操作c中用热水洗涤沉淀的具体过程_____。

(4)①另一种生产TiCl4的方法是用天然TiO2晶体为原料，利用步骤V的反应原理获得TiCl4.。产品中含有SiCl4、FeCl3等杂质，可通过精馏的方法获得高纯TiCl4，以下说法正确的是______。

A.收集TiCl4时，仪器a中的温度应控制为136.4°C

B. b处温度计的水银球的上沿和支管口的下沿齐平

C.精馏结束时留在圆底烧瓶中的主要成分是FeCl3和Si

D.装置c中的冷凝水应该“下口进、上口出”

E.可以用水浴加热的方法精馏获得TiCl4

②d处装有碱石灰的干燥管，作用是________。

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TiO2在工业生产和日常生活中有重要用途。

I、工业上用钛铁矿石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤③发生的反应为：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

（1）写出钛元素在周期表中的位置______________。

净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO?____ ________（填“需要”或“不需要”）

（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中两性氧化物发生反应的离子反应方程式：____________________。

（3）④中加入的X可能是(　 )

A．H2O2　　　 B．KMnO4　　　　 C．KOH　　　　 D．SO2

（4）④⑤两步的目的是___________________________。

（5）写出⑥的化学反应方程式_____________________。

II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛：方法一是电解TiO2来获得Ti（同时产生O2）：

将处理过的TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl2为电解液，用碳块作电解槽池。

（6）阴极反应的电极反应式为_____________________。

（7）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是__________________。

方法二是先将TiO2与Cl2、C反应得到TiCl4，再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生：

TiO2 (s) +2Cl2 (g)TiCl4（1）+O2 (g)　 △H= +151 kJ/mol

所以不能直接由TiO2和Cl2反应（即氯化反应）来制取TiCl4。请从反应原理角度说明该反应难进行的原因__________________。

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