Question

二氧化鈦（TiO₂）廣泛用于制造高級(jí)白色油漆，也是許多反應(yīng)的催化劑．工業(yè)上用鈦鐵礦[主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質(zhì)]作原料，制取二氧化鈦及綠礬，其生產(chǎn)流程如圖：

回答下列問(wèn)題：
（1）Ti原子序數(shù)為22，則Ti位于周期表第

 

周期，第

 

列．
（2）FeTiO₃溶于過(guò)量硫酸的離子方程式

 

．
（3）流程中生成TiO₂?xH₂O離子方程式為

 

．
（4）若鐵粉的用量不足，可能導(dǎo)致產(chǎn)品TiO₂中混有

 

雜質(zhì)．
（5）以TiO₂為原料制取金屬鈦的其中一步反應(yīng)為TiO₂+Cl₂+C

高溫  .

TiCl₄+

 

，已知該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，則另一生成物為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：制取二氧化鈦及綠礬，其生產(chǎn)流程為：鈦鐵礦[主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質(zhì)]加過(guò)量硫酸，F(xiàn)eTiO₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，F(xiàn)e₂O₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe³⁺離子，SiO₂雜質(zhì)不溶于酸，過(guò)濾濾渣為SiO₂雜質(zhì)，濾液為Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入鐵粉，發(fā)生了反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷卻過(guò)濾得綠礬和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加熱條件下與水反應(yīng)生成TiO₂?xH₂O，一定條件下得到TiO₂．   
（1）利用原子序數(shù)減去各周期容納元素種數(shù)，據(jù)此判斷所在周期與列；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，F(xiàn)eTiO₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O；
（3）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，TiO²⁺在加熱條件下與水反應(yīng)生成TiO₂?xH₂O，根據(jù)電荷守恒可知還生成H⁺；
（4）Fe²⁺容易氧化為Fe³⁺，鐵粉的用量不足，濾液中的Fe³⁺，不能除盡．生成的TiO₂?xH₂O沉淀中含有氫氧化鐵；
（5）反應(yīng)中Ti元素化合價(jià)未變化，氯元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算碳元素在產(chǎn)物中化合價(jià)，據(jù)此結(jié)合元素守恒判斷．

解答： 解：制取二氧化鈦及綠礬，其生產(chǎn)流程為：鈦鐵礦[主要成分為FeTiO₃（鈦酸亞鐵，不溶于水）、Fe₂O₃及少量SiO₂雜質(zhì)]加過(guò)量硫酸，F(xiàn)eTiO₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，F(xiàn)e₂O₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe³⁺離子，SiO₂雜質(zhì)不溶于酸，過(guò)濾濾渣為SiO₂雜質(zhì)，濾液為Fe²⁺、TiO²⁺、Fe³⁺，加入鐵粉，發(fā)生了反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，冷卻過(guò)濾得綠礬和TiO²⁺、SO₄^2-，TiO²⁺在加熱條件下與水反應(yīng)生成TiO₂?xH₂O，一定條件下得到TiO₂．   
（1）Ti原子序數(shù)為22，22-2-8-8=4，位于元素周期表第ⅣB族，所以Ti元素處于第四周期第4列，故答案為：四；4；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，F(xiàn)eTiO₃溶于過(guò)量硫酸，生成Fe²⁺、TiO²⁺、H₂O，反應(yīng)離子方程式為FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；
（3）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，TiO²⁺在加熱條件下與水反應(yīng)生成TiO₂?xH₂O，根據(jù)電荷守恒可知還生成H⁺，所以反應(yīng)離子方程式為TiO²⁺+（x+1）H₂O=TiO₂?xH₂O+2H⁺，故答案為：TiO²⁺+（x+1）H₂O=TiO₂?xH₂O+2H⁺；
（4）鐵粉的用量不足，濾液中的Fe³⁺，不能除盡，生成的TiO₂?xH₂O沉淀中含有氫氧化鐵，最后氫氧化鐵分解生成氧化鐵，所以可能導(dǎo)致產(chǎn)品TiO₂中混有Fe₂O₃，
故答案為：Fe₂O₃；
（5）反應(yīng)中Ti元素化合價(jià)未變化，氯元素化合價(jià)由0價(jià)降低為-1價(jià)，令碳元素在產(chǎn)物中等化合價(jià)為a，則a=2×[0-（-1）]，故a=2，反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：1，結(jié)合元素守恒可知，TiO₂、Cl₂、C、TiCl₄的系數(shù)分別為1、2、2、1，所以未知物中含有C原子與O原子，碳元素化合價(jià)為+2，故為CO，系數(shù)為2，
故答案為：2CO；CO．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應(yīng)及方程式的書寫等，難度中等，理解工藝流程是關(guān)鍵，需要學(xué)生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力．