4.二氧化鈦(TiO2)又稱鈦白,工業(yè)上利用鈦鐵礦(主要成分FeTiO3,其中鐵為正二價)為原料,采用硫酸法制得,其工藝流程如圖所示:

請回答:
(1)鈦鐵礦加入硫酸反應可制得硫酸氧鈦,其反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4═TiOSO4+FeSO4+2H2O.
(2)為了提高二氧化鈦的純度,需要除去浸出液中的Fe3+,則加入的試劑A為鐵屑,需過量的原因是防止已還原的Fe2+重新被空氣氧化.
(3)操作1是蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾.
(4)進行操作1時需將濾液1在70~75℃,8 000Pa條件下的真空蒸發(fā)器中進行,其原因是蒸發(fā)濃縮過程溫度升高,會促使硫酸氧鈦(TiOSO4)過早水解,濾液2加水稀釋使硫酸氧鈦(TiOSO4)水解生成偏鈦酸(TiO2•nH2O),請寫出該水解反應的化學方程式TiOSO4+(n+1)H2O═TiO2•nH2O+H2SO4
(5)研究發(fā)現(xiàn),可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì),利用如圖所示裝置獲得金屬鈣,并以鈣為還原劑,還原二氧化鈦制備金屬鈦.
①寫出陽極所發(fā)生反應的電極反應式:2O2--4e-=O2↑,或C+2O2--4e-=CO2↑.
②在制備金屬鈦前后,CaO的總量不變,其原因是(請結(jié)合化學用語解釋)制備TiO2時,發(fā)生反應:2CaO═2Ca+O2↑,消耗氧化鈣,在制鈦時發(fā)生反應2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO,又有氧化鈣生成,所以CaO的量不變.

分析 鈦鐵礦(主要成分FeTiO3,其中鐵為正二價)為原料,加入稀硫酸溶解加入水中浸取,浸取液含有Fe2+、Fe3+,加入過量鐵粉還原鐵離子為亞鐵離子,過濾得到濾液Ⅰ含有TiOSO4 和FeSO4,通過操作Ⅰ蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾洗滌得到FeSO4•7H2O,和濾液2主要TiOSO4,加入水水解過濾生成偏鈦酸(TiO2•nH2O),煅燒得到TiO2,
(1)鐵礦加入硫酸反應可制得硫酸氧鈦,硫酸亞鐵和水,結(jié)合原則守恒配平書寫得到化學方程式;
(2)除去浸出液中的Fe3+,則加入的試劑A為過量的鐵粉,還原鐵離子為亞鐵離子;
(3)操作Ⅰ是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的實驗方法分析;
(4)溫度升高,會促使硫酸氧鈦(TiOSO4)過早水解,濾液2加水稀釋使硫酸氧鈦(TiOSO4)水解生成偏鈦酸(TiO2•nH2O)和硫酸;
(5)①依據(jù)裝置圖分析判斷,陽極生成二氧化碳氣體,是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣,氧氣和陽極石墨反應生成的二氧化碳;
②制備TiO2時,依據(jù)電解槽中陰極生成鈣,陽極生成氧氣,消耗氧化鈣,而制鈦時又有氧化鈣生成,據(jù)此答題;

解答 解:(1)鐵礦加入硫酸反應可制得硫酸氧鈦,硫酸亞鐵和水,結(jié)合原則守恒配平書寫得到化學方程式:FeTiO3+2 H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2 H2O,
故答案為:FeSO4;2 H2O;
(2)除去浸出液中的Fe3+,則加入的試劑A為過量的鐵粉,還原鐵離子為亞鐵離子,防止已還原的Fe2+重新被空氣氧化,保證Fe3+全部轉(zhuǎn)化為Fe2+;
故答案為:鐵屑;防止已還原的Fe2+重新被空氣氧化;
(3)操作Ⅰ是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的實驗方法,通過蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾洗滌得到FeSO4•7H2O,;
故答案為:蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾;
(4)溫度升高,會促使硫酸氧鈦(TiOSO4)過早水解,濾液2加水稀釋使硫酸氧鈦(TiOSO4)水解生成偏鈦酸(TiO2•nH2O)和硫酸,反應的化學方程式為:TiOSO4+(n+1)H2O═TiO2•nH2O+H2SO4
故答案為:蒸發(fā)濃縮過程溫度升高,會促使硫酸氧鈦(TiOSO4)過早水解;TiOSO4+(n+1)H2O═TiO2•nH2O+H2SO4 ;
(5)①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì),陽極發(fā)生氧化反應,陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應,陽極圖示產(chǎn)物可可知,陽極生成二氧化碳氣體,是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣,氧氣和陽極石墨反應生成的二氧化碳,所以電極反應為:2O2--4e-=O2↑,或C+2O2--4e-=CO2↑,
故答案為:2O2--4e-=O2↑,或C+2O2--4e-=CO2↑;
②制備TiO2時,在電解槽發(fā)生如下反應:2CaO═2Ca+O2↑,在制鈦時有反應:2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO,所以在制備金屬鈦前后,CaO的總量不變,
故答案為:制備TiO2時,發(fā)生反應:2CaO═2Ca+O2↑,消耗氧化鈣,在制鈦時發(fā)生反應2Ca+TiO2$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO,又有氧化鈣生成,所以CaO的量不變.

點評 本題考查了物質(zhì)分離的流程分析判斷,物質(zhì)性質(zhì)的應用,離子性質(zhì)的應用,分離操作的方法,氧化還原反應的離子方程式的書寫方法,電解池原理的應用,電極反應的書寫原則.

練習冊系列答案
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1.將H2SO4,Na2CO3,Ba(OH)2三種溶液,兩兩混合后,恰好完全反應,對有沉淀生成的分別進行過濾,所得濾液的酸堿性敘述正確的是( 。
A.一種濾液顯堿性,另一種濾液顯中性
B.兩種濾液均顯堿性
C.一種濾液顯堿性,另一種濾液顯酸性
D.兩種濾液均顯酸性

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2.100ml濃度為2mol•L-1的鹽酸跟過量的鋅片反應,為加快反應速率,又不影響生成氫氣的總量,可采用的方法是( 。
A.加入少量濃鹽酸B.加入幾滴氯化銅溶液
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19.為了驗證氧化性Cl2>Fe3+>SO2,某小組用如圖所示裝置進行實驗(夾持儀器和A中加熱裝置已略,氣密性已檢驗).
實驗過程:
I.打開彈簧夾K1~K4,通入一段時間N2,再將T型導管插入B中繼續(xù)通入N2,然后關閉K1、K3、K4
Ⅱ.打開活塞a,滴加一定量的濃鹽酸,給A加熱.
Ⅲ.當B中溶液變黃時,停止加熱,夾緊彈簧夾K2
IV.打開活塞b,使約2mL的溶液流入D試管中,檢驗其中的離子.
Ⅴ.打開彈簧夾K3、活塞c,加入70%的硫酸,一段時間后夾緊彈簧夾K3
Ⅵ.更新試管D,重復過程Ⅳ,檢驗B溶液中的離子.
(1)過程Ⅰ的目的是排出裝置中的空氣,防止干擾.
(2)棉花中浸潤的溶液化學式為NaOH溶液.
(3)A中發(fā)生反應的化學方程式為MnO2+4HCl(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O.
(4)過程Ⅳ中檢驗其中Fe3+ 和Fe2+的試劑分別為KSCN溶液和鐵氰化鉀(或K3[FeCN6])溶液.若確定有Fe3+ 和Fe2+,則現(xiàn)象分別是溶液變紅和產(chǎn)生藍色沉淀.
(5)過程Ⅵ,檢驗B溶液中含有SO42-的操作是.
(6)甲、乙、丙三位同學分別完成了上述實驗,他們的檢測結(jié)果一定能夠證明氧化性:Cl2>Fe3+>SO2的是乙、丙(填“甲”“乙”“丙”).
過程ⅣB溶液中含有的離子過程ⅥB溶液中含有的離子
     有Fe3+無Fe2+有SO42-
   既有Fe3+又有Fe2+有SO42-
     有Fe3+無Fe2+ 有Fe2+

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科目:高中化學 來源: 題型:計算題

6.實驗室可用Mg+CuCl2═MgCl2+Cu制備Cu,已知實驗結(jié)束后剩余溶液的體積是0.4L,其中c(Cu2+)=0.1mol•L-1.反應后得到的金屬單質(zhì)比加入的金屬單質(zhì)多0.8g.回答下列問題:
(1)用雙線轎標明上述反應中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目和方向.Mg+CuCl2═MgCl2+Cu
(2)加人的金屬單質(zhì)的物質(zhì)的量是多少?
(3)生成的銅單質(zhì)的質(zhì)量是多少?
(4)實驗結(jié)束后剩余溶液中c(Mg2+):c(Cu2+)是多少?

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

9.黃銅礦(主要成分為CuFeS2,化學式的式量為184,S的化合價為-2價)是工業(yè)煉銅的主要原料,現(xiàn)有一種天然黃銅礦(含SiO2),為了測定該黃銅礦的純度,設計了如下實驗:

現(xiàn)稱取研細的黃銅礦樣品1.84g,在空氣存在下進行煅燒,發(fā)生如下反應:3CuFeS2+8O2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3Cu+Fe3O4+6SO2,實驗后取d中溶液的置于錐形瓶中(假設生成的氣體全部進入d并全部被水吸收),用0.0500mol/L標準碘溶液進行滴定,消耗標準溶液20.00mL.請回答下列問題:
(1)反應中氧化產(chǎn)物是Fe3O4;SO2
(2)實驗中需要將固體樣品研細,研磨中需要的儀器是研缽;裝置c的作用是除去反應多余的氧氣.
(3)用標準碘溶液滴定d中溶液的離子方程式是I2+SO2+2H2O=4H++SO42-+2I-,滴定達終點時的現(xiàn)象是溶液由無色變?yōu)樗{色且保持30s不變.
(4)上述反應結(jié)束后,仍需通一段時間的空氣,其目的是使反應生成的SO2全部進入d裝置中,使結(jié)果精確.
(5)通過計算可知,該黃銅礦的純度為50%.
(6)若將原裝置d中的試液換為Ba(OH)2溶液,測得黃銅礦純度偏高,假設實驗操作均正確,可能的原因主要是空氣中的CO2與Ba(OH)2反應生成BaCO3沉淀,BaSO3被氧化成BaSO4

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

16.下列說法正確的是( 。
A.化學反應伴隨能量變化,是化學反應的基本特征之一
B.常溫下,氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合放出氨氣,該反應為放熱反應
C.化學反應中能量變化的大小與反應物的質(zhì)量多少無關
D.舊化學鍵斷裂所放出的能量高于新化學鍵形成所吸收的能量時發(fā)生放熱反應

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

13.中學化學中常見的幾種物質(zhì)存在如圖所示的轉(zhuǎn)化關系.其中,A是一種黑色粉末狀固體,C是一種黃綠色氣體,實驗室中常用E溶液吸收多余的C.(圖1中部分產(chǎn)物和反應條件已略去)

回答下列問題:
(1)寫出A與B的濃溶液反應的化學方程式:MnO2+4HCl(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O.
(2)將ag粉末A加入cL bmol/L的濃鹽酸中,加熱完全溶解,反應中轉(zhuǎn)移電子d個,設NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值,NA可表示為$\frac{87d}{2a}$.
(3)將B的濃溶液與H的濃溶液混合,立即產(chǎn)生大量氣體C,該反應的離子方程式為Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O.
(4)某課外小組的同學用E溶液吸收C,利用如圖2所示裝置向吸收液中持續(xù)通入SO2氣體.
實驗過程中觀察到如下現(xiàn)象:
①開始時,溶液上方出現(xiàn)白霧,試紙a變紅.甲同學認為是HCl使a變紅,乙同學不同意甲的觀點,乙同學的認為使a變紅的是SO2(或H2SO3)(寫出一種即可).
②片刻后,溶液上方出現(xiàn)黃綠色氣體,試紙b變藍.用離子方程式解釋b變藍的原因Cl2+2I-═2Cl-+I2
③最終試紙b褪色.同學們認為可能的原因有兩種:一是I2有還原性,黃綠色氣體等物質(zhì)將其氧化成IO3-,從而使藍色消失;二是I2有氧化性,SO2能將I2還原成I-,從而使藍色消失.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

14.下列與化學概念有關的說法錯誤的是( 。
A.水在化學反應中既可做氧化劑又可做還原劑
B.14C和14N質(zhì)量數(shù)相同,化學性質(zhì)也相同
C.牛奶是一種膠體,能發(fā)生丁達爾現(xiàn)象
D.“水滴石穿”是因為CaCO3與CO2、水發(fā)生了化學反應

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