Question

Ⅰ．鈦白在自然界中以金紅石礦存在．目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法是：
第一步 首先將金紅石、炭粉混合，在高溫條件下通入氯氣制得TiCl₄；
第二步 在氮氣氛圍中用過量的鎂在加熱條件下與TiCl₄反應(yīng)制得金屬鈦．
（1）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（g）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=

 

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（2）如何從上述所得產(chǎn)物中獲得純凈金屬鈦？簡述主要步驟：

 

．
Ⅱ．納米TiO₂可通過TiCl₄水解制備：TiCl₄+4NH₃+（n+2）H₂O?TiO₂?nH₂O+4NH₄Cl．
過程為：在冰水浴強(qiáng)力攪拌下，將一定量的TiCl₄滴加到溶有HCl和（NH₄）₂SO₄的冰的TiCl₄水溶液中，控制TiCl₄濃度為1.1mol/L時撤去冰浴，逐步升溫到95℃，恒溫水解1h后，滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液pH約為6，自然冷卻后過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗至無Cl^-和SO₄^2-后，再用乙醇洗滌3遍，高溫煅燒2h制備納米TiO₂．
（3）簡述升溫和調(diào)節(jié)溶液pH的目的：

 

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（4）試用簡要的文字和相應(yīng)的離子方程式判斷說明產(chǎn)物中無Cl^-和SO₄^2-：

 

．
Ⅲ．普通鈦白的化學(xué)制法通常是硫酸法．首先使磨細(xì)的鈦鐵礦用濃硫酸在不斷地通入空氣攪拌的條件下進(jìn)行反應(yīng)，制得可溶性二水合硫酸氧鹽，其反應(yīng)方程式：FeTiO₃+2H₂SO₄=FeSO₄+TiOSO₄?2H₂O；趁熱過濾，所得濾液叫鈦液，加熱鈦液，促進(jìn)水解，制得一水合二氧化鈦沉淀（TiO₂?H₂O）；然后在1173K～1223K煅燒即得普通鈦白．在制造鈦白過程中，需要測定鈦白Ti（Ⅳ）的含量．測定時首先取10mL鈦液用水沖稀10倍，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應(yīng)，Ti（Ⅳ）+Al→Ti³⁺+Al³⁺．過濾后，取出濾液20mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液，再加5mL蒸餾水振蕩，用酸式滴定管滴加0.1mol/L FeCl₃溶液，終點到來時，用去了30mL的FeCl₃溶液．求原鈦液的物質(zhì)的量濃度．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：I．（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算；
（2）根據(jù)鎂的性質(zhì)選取合適的溶劑溶解鎂，再利用過濾，洗凈、干燥的方法制得鈦；
Ⅱ．（3）升高溫度、增大反應(yīng)物濃度都加快反應(yīng)速率；
（4）銀離子和氯離子能產(chǎn)生白色沉淀，鋇離子和硫酸根離子反應(yīng)生成白色沉淀；
III．根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式結(jié)合元素守恒計算待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量濃度．

解答： 解：I．（1）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
由蓋斯定律可知，①×2-②+③得TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g），
△H=2（-393.5kJ?mol^-1）-（-566kJ?mol^-1）+（+141kJ?mol^-1）=-80kJ?mol^-1，
故答案為：-80kJ?mol^-1；
（2）鎂易溶于稀硫酸，而鈦不易溶于稀硫酸，所以可以用過量的稀硫酸溶解過量的鎂，為了充分反應(yīng)，應(yīng)該不斷攪拌，然后采用過濾、洗凈、干燥的方法制得純凈、干燥的鈦，
故答案為：用過量的稀硫酸溶解過量的鎂，不斷攪拌，過濾，洗凈、干燥；
II．（3）水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度促進(jìn)水解，且增大反應(yīng)物濃度、升高溫度能加快反應(yīng)速率，所以
升溫和調(diào)節(jié)溶液pH的目的是：加快反應(yīng)速率，促進(jìn)平衡向水解的方向移動，
故答案為：加快反應(yīng)速率，促進(jìn)平衡向水解的方向移動；
（4）銀離子和氯離子能產(chǎn)生白色沉淀，鋇離子和硫酸根離子反應(yīng)生成白色沉淀，所以其檢驗方法是：
取少量洗滌液，在其中加入AgNO₃，無沉淀生成則說明無氯離子，離子反應(yīng)方程式為：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，取少量洗滌液，在其中加入BaCl₂，無沉淀生成則說明無硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，
故答案為：在其中加入AgNO₃，無沉淀生成則說明無氯離子，離子反應(yīng)方程式為：Ag⁺+Cl^-=AgCl↓，取少量洗滌液，在其中加入BaCl₂，無沉淀生成則說明無硫酸根離子，離子反應(yīng)方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓；
Ⅲ．鐵離子具有氧化性，能將Ti³⁺ 氧化成Ti⁴⁺，
根據(jù)得失電子守恒得Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺，
設(shè)濾液中Ti³⁺的物質(zhì)的量為x，
Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（無色）+Fe²⁺+2H⁺，
1           1
x          0.1mol?L^-1×0.03L

1

1

=

1

0.1mol/L×0.03L

，x=0.003mol，
待測鈦液中TiOSO₄的物質(zhì)的量=0.003mol×5=0.015mol
根據(jù)C=

n

V

=

0.015mol

0.01L

=1.5mol?L^-1
答：原鈦液的物質(zhì)的量濃度是1.5mol/L．

點評：本題考查了蓋斯定律、探究物質(zhì)的組成及含量的測定，根據(jù)蓋斯定律、物質(zhì)之間的關(guān)系式來分析解答，難點是III中鈦液的濃度計算，要根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒、原子守恒來分析解答，難度中等．