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15.鈦是一種重要的金屬,以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3),還含有少量Fe2O3]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示:

(1)鈦鐵礦與硫酸反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O.
(2)加入的物質A為Fe.
(3)步驟Ⅱ中發(fā)生反應的離子方程式為TiO2++(x+1)H2O═TiO2•xH2O↓+2H+;水解過程中需要升高溫度,其目的是:①加快反應水解速率,②升溫促進平衡正向移動,提高產率.
(4)由TiO2獲得金屬Ti可用以下兩種方法.
①電解法:以石墨為陽極,TiO2為陰極,熔融CaO為電解質,其陰極的電極反應式為TiO2+4e-═Ti+2O2-
②熱還原法:首先將TiO2、氯氣和過量焦炭混合,高溫反應生成TiCl4;然后用Mg還原TiCl4即可制取Ti.生成TiCl4的反應中,氧化劑與還原劑的物質的量之比為1:1;生成Ti的反應需在Ar氣氛中,其原因為防止高溫下Mg(或Ti)與空氣中的O2(或CO2、N2)反應.

分析 鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO)3,加硫酸溶解生成TiO2+和Fe3+、Fe2+等,加入A后制備FeSO4,則A為鐵粉,用于還原Fe3+,過濾除去濾渣,將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到FeSO4•7H2O晶體和含有TiO2+的溶液,TiO2+經過水解得TiO2•xH2O,TiO2•xH2O再煅燒得TiO2,將TiO2還原可得Ti,以此解答該題.

解答 解:根據(jù)題中流程可知,鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO)3,加硫酸溶解生成TiO2+和Fe3+、Fe2+等,再加鐵粉還原Fe3+,過濾除去濾渣,將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾得到FeSO4•7H2O晶體和含有TiO2+的溶液,TiO2+經過水解得TiO2•xH2O,TiO2•xH2O再煅燒得TiO2,將TiO2還原可得Ti,
(1)鈦鐵礦與硫酸反應的主要反應的化學方程式為FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O,
故答案為:FeTiO3+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiOSO4+FeSO4+2H2O; 
(2)根據(jù)上面的分析可知,物質A為 Fe,用于還原鐵離子,故答案為:Fe;
(3)步驟Ⅱ中TiO2+經過水解得TiO2•xH2O,發(fā)生反應的離子方程式為TiO2++(x+1)H2O═TiO2•xH2O↓+2H+,水解過程中需要升高溫度,可加快反應水解速率,升溫促進平衡正向移動,提高產率,
故答案為:TiO2++(x+1)H2O═TiO2•xH2O↓+2H+;升溫促進平衡正向移動,提高產率;
(4)①電解TiO2獲得Ti,用TiO2為陰極,其陰極的電極反應式為TiO2+4e-═Ti+2O2-,故答案為:TiO2+4e-═Ti+2O2-
②將TiO2、氯氣和過量焦炭混合,高溫反應生成TiCl4,反應的方程式為TiO2+2Cl2+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl4+2CO,根據(jù)方程式可知,反應中氯氣為氧化劑,碳為還原劑,氧化劑與還原劑的物質的量之比為1:1,由于鈦和鎂在與空氣在高溫反應所以反應需在Ar氣氛中,
故答案為:1:1;防止高溫下Mg(或Ti)與空氣中的O2(或CO2、N2)反應.

點評 本題考查物質制備,為高考常見題型,題目涉及流程分析判斷,實驗基本操作,離子方程式的書寫,數(shù)據(jù)計算等,綜合性較強,考查學生對所學知識的綜合應用能力,題目難度中等.

練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

12.在5NH4NO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2HNO3+4N2+9H2O反應中,氧化劑與還原劑物質的量之比是( 。
A.5:8B.5:4C.5:3D.3:5

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

6.乙酰苯胺作為一種常用藥,具有解熱鎮(zhèn)痛的效果.實驗室制備乙酰苯胺時,可以用苯胺與乙酸酐或與冰醋酸加熱來制取,苯胺與乙酸酐的反應速率遠大于與冰醋酸反應的速率.
已知:
名稱式量性狀密度/g/cm3沸點/℃溶解度
苯胺93無色油狀液體,具有還原性1.02184.4微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等
乙酰苯胺135白色晶體1.22304微溶于冷水,溶于熱水,易溶于乙醇、乙醚
實驗步驟:
①取5.0mL 苯胺(密度1.04g/mL),倒入100mL錐形瓶中,加入20mL水,在旋搖下分批加入6.0mL乙酸酐(密度1.08g/mL),攪拌均勻.若有結塊現(xiàn)象產生,用玻璃棒將塊狀物研碎,再充分攪拌;
②反應完全后,及時把反應混合物轉移到燒杯中,冷卻后,抽濾(用于分離粒徑較細的沉淀與溶劑,利用抽氣泵使抽濾瓶中的壓強降低,加快過濾速度),洗滌,得粗乙酰苯胺固體;
③將粗產品轉移至150mL燒杯中,加入適量水配制成80℃的飽和溶液,再加入過量20%的水.稍冷后,加半匙活性炭,攪拌下將溶液煮沸3~5min,過濾Ⅰ,用少量沸水淋洗燒杯和漏斗中的固體,合并濾液,冷卻結晶,過濾Ⅱ、洗滌、晾干得乙酰苯胺純品.
(1)苯胺與乙酸反應的方程式為
(2)步驟②洗滌粗產品時,選用的溶劑是B.
A.熱水                     B.冷水
C.1:3的乙醇溶液           D.濾液
(3)步驟③兩次用到過濾,其中過濾Ⅰ選擇趁熱過濾,是為了除去吸附有色物質的活性炭,為加快過濾速度,可采用右圖所示的抽濾裝置,這樣做的優(yōu)點是快速達到固液分離的目的,防止過濾太慢溫度降低導致其他產物析出,影響產率.
(4)配制熱溶液時,加入過量溶劑的作用是AB.
A.防止后續(xù)過程中,溶劑損失可能產生的產物析出
B.防止后續(xù)過程中,溫度降低可能產生的產物析出
C.除去活性炭未吸附完全的有色雜質
(5)步驟③中以下哪些操作不能提高產率C.
①配制成飽和溶液后,加入過量20%的溶劑;
②趁熱過濾近沸溶液;
③過濾Ⅰ時用少量沸水淋洗燒杯和漏斗中的固體,合并濾液;
④加活性炭吸附;
⑤過濾Ⅱ時的洗滌選用熱水代替冷水洗滌固體.
A.①④⑤B.①④C.④⑤D.②④⑤
(6)步驟③最后測得純乙酰苯胺固體6.75g,該實驗的產率為89%(保留兩位有效數(shù)字).

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

3.為了預防碘缺乏癥,國家規(guī)定每千克食鹽中應含有40~50mg碘酸鉀.碘酸鉀晶體具有較高的穩(wěn)定性,但在酸性溶液中,碘酸鉀是一種較強的氧化劑,能跟某些還原劑反應生成碘;在堿性溶液中,碘酸鉀能被氯氣、次氯酸等更強的氧化劑氧化為更高價的碘的含氧酸鹽.工業(yè)生產碘酸鉀的流程如圖所示.

(1)碘在周期表中的位置為第五周期,第ⅦA族;
(2)碘、氯酸鉀、水混合反應時,若兩種還原產物所得電子的數(shù)目相同,請配平該反應的化學方程式:6I2+11KClO3+3H2O=6KH(IO32+5KCl+3Cl2↑;
(3)混合反應后,用稀酸酸化的作用是促進氯氣從反應混合物中逸出,在稀鹽酸和稀硝酸中不能選用的酸是稀鹽酸,理由是鹽酸能還原已生成的碘酸氫鉀;
(4)試劑X的化學式為KOH,寫出用試劑X調pH的化學方程式KH(IO32+KOH=2KIO3+H2O;
(5)如果省略“酸化”、“逐氯”、“結晶①、過濾”這三步操作,直接用試劑X調整反應混合物的pH,對生產碘酸鉀有什么影響?反應產生的氯氣跟KOH反應生成KClO,KClO能將KIO3氧化成KIO4從而不能得到碘酸鉀.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.高錳酸鉀[KMnO4]是常用的氧化劑.工業(yè)上以軟錳礦(主要成分是MnO2)為原料制備高錳酸鉀晶體.中間產物為錳酸鉀[K2MnO4].圖1是實驗室模擬制備的操作流程:

相關資料:
①物質溶解度
物質KMnO4K2CO3KHCO3K2SO4CH3COOK
20℃溶解度6.411133.711.1217
②錳酸鉀[K2MnO4]
外觀性狀:墨綠色結晶.其水溶液呈深綠色,這是錳酸根(MnO42-)的特征顏色.
化學性質:在強堿性溶液中穩(wěn)定,在酸性、中性和弱堿性環(huán)境下,MnO42-會發(fā)生歧化反應.
試回答下列問題:
(1)煅燒軟錳礦和KOH固體時,不采用石英坩堝而選用鐵坩堝的理由是強堿腐蝕石英;
(2)實驗時,若CO2過量會生成KHCO3,導致得到的KMnO4產品的純度降低.請寫出實驗中通入適量CO2時體系中可能發(fā)生反應離子方程式:3MnO42-+2CO2═2MnO4-+MnO2↓+2CO32-,2OH-+CO2═CO32-+H2O;
其中氧化還原反應中氧化劑和還原劑的質量比為1:2.
(3)由于CO2的通入量很難控制,因此對上述實驗方案進行了改進,即把實驗中通CO2改為加其他的酸.從理論上分析,選用下列酸中A,得到的產品純度更高.
A.醋酸             B.濃鹽酸             C.稀硫酸
(4)工業(yè)上采用惰性電極電解錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀,試寫出該電解反應的化學方程式2K2MnO4+2H2O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO4+H2↑+2KOH
提出改進方法:可用陽離子交換膜分隔兩極區(qū)進行電解(如圖2).圖中A口加入的溶液最好為KOH溶液.
使用陽離子交換膜可以提高Mn元素利用率的原因為陽離子交換膜防止錳酸根進入陰極區(qū)被還原.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

20.工業(yè)上用菱錳礦(MnCO3)[含F(xiàn)eCO3、SiO2、Cu2(OH)2CO3等雜質]為原料制取KMnO4.其流程示意圖如下:

②金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表:
 Mn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3 Cu(OH)2
 開始沉定時 8.3 7.6 2.7 6.7
 完全沉淀時 9.8 9.6 3.79
回答下列問題:
(1)寫出濾渣1的一種工業(yè)用途:建筑材料.實驗室模擬該流程過程中,洗滌濾渣1的具體操作方法為將沉淀放在過濾器中,水浸沒沉淀自然流下,重復2~3次.
(2)試劑a最好選用B(填選項字母).
A.氯水    B.高錳酸鉀
C.次氯酸鈉    D.濃鹽酸
(3)試劑b可選用CD(填選項字母).
A.氨水    B.稀硫酸    C.碳酸錳    D.Mn(OH)2    E.NaOH
(4)試劑c為MnS,寫出濾液2中加入MnS后發(fā)生反應的離子方程式:MnS+Cu2+=Mn2++CuS
(5)用惰性電極電解硫酸錳和硫酸鉀混合溶液的方法可以制取高錳酸鉀,寫出電解時的陽極反應式:Mn2+-5e-+4H2O=8H++MnO4-.工業(yè)上用硫酸溶解碳酸錳,而不用鹽酸溶解,其原因是氯離子放電生成有毒氣體氯氣.
(6)KMnO4是一種常用的滴定試劑,某同學用酸性高錳酸鉀溶液測定濾液1中Fe2+的含量.滴定過程中,每次均量取25.00mL的濾液1置于錐形瓶中,滴定三次平均消耗掉0.1000mol/L的KMnO4溶液20.00mL,則濾液1中Fe2+的濃度為22.4g/L(保留三位有效數(shù)字).

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

7.1,2-二溴乙烷可作汽油抗爆劑的添加劑,如圖是實驗室制備1,2-二溴乙烷并進行一系列相關實驗的裝置(加熱及夾持設備已略).

有關數(shù)據(jù)列表如下:
乙醇1,2-二溴乙烷乙醚
狀態(tài)無色液體無色液體無色液體
密度/g/cm30.792.20.71
沸點/℃78.513234.6
熔點/℃-1309-1l6
請按要求回答下列問題:
(1)實驗開始之前必要的操作是檢查裝置的氣密性.
(2)儀器A的名稱為CH3CH2OH$→_{℃}^{濃硫酸}$CH2=CH2↑+H2O.
(3)實驗過程中,若發(fā)現(xiàn)裝置B中水沿導管G上升,則需進行的操作是停止加熱,向燒杯E中加適量溫水.
(4)裝置D中品紅溶液的作用是驗證二氧化硫是否被除盡.
(5)反應過程中應用冷水冷卻裝置E,其主要目的是減少液溴揮發(fā).
(6)判斷該制備反應已經結束的最簡單方法是裝置E中小試管內的液體由紅棕色變?yōu)闊o色;結果學生發(fā)現(xiàn)反應結束時,無水乙醇消耗量大大超過理論值,其原因是有副反應發(fā)生或反應過于劇烈,一部分乙烯沒有充分反應就逸(答出其中兩條即可).

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科目:高中化學 來源: 題型:實驗題

4.在試管a中加入3mL 乙醇,然后邊振蕩試管邊慢慢加入2mL濃硫酸和2mL 乙酸,按圖所示,連接好裝置進行實驗,以制取乙酸乙酯.回答下列問題:
(1)濃硫酸的主要作用是①催化劑,②吸水劑.
(2)試管b中盛放的溶液是飽和碳酸鈉溶液,b中通蒸氣的導管不能插入溶液中目的是防止倒吸.
(3)做此實驗時,有時還向a試管里加入幾塊碎瓷片,其目的是防止暴沸.
(4)如果b中是NaOH溶液,可能出現(xiàn)的實驗結果是(用主要化學方程式表示)CH3COOCH2CH3+NaOH$\stackrel{H_{2}O}{→}$CH3COONa+CH3CH2OH.
(5)乙酸和乙醇中含有的官能團的名稱分別是羧基、羥基.
(6)實驗完成后,觀察到試管b的液面上有透明的不溶于水的油狀液體產生.可通過分液(填操作名稱)的方法進行分離.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

5.配制一定物質的量濃度的某溶液,下列情況會使配制結果偏高的是( 。
A.將溶質用蒸餾水溶解后,未冷卻即轉移至容量瓶中并定容
B.未洗滌溶解溶質用的燒杯及玻璃棒
C.定容時仰視刻度線觀察液面
D.容量瓶中原來含有少量蒸餾水

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