Question

6．鈦（Ti）被稱為繼鐵，鋁之后的第三金屬，其合金廣泛用于航天工業(yè)，稱為21世紀鋼鐵．我國鈦鐵礦儲量居世界首位，現(xiàn)以含雜質(zhì)的鈦鐵礦（主要成份為FeTiO₃）制取Ti的流程如下：

回答下列問題：
（1）Ti的原子序數(shù)為22，它位于元素周期表中第四周期ⅣB族．
（2）上述制備Ti的過程中，可以利用的副產(chǎn)物是FeSO₄•7H₂O；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中可加入石灰（或碳酸鈣、廢堿）處理．
（3）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（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=-80kJ•mol^-1．
（4）反應(yīng)④在Ar氣氛中進行的理由是防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用．
（5）實驗室取該礦石19.00克，通過上述流程，最終得到5.00g含鎂4%的鈦鎂合金．假設(shè)實驗室或工業(yè)生產(chǎn)中鈦鐵礦中雜質(zhì)是不與濃H₂SO₄反應(yīng)的固體，生產(chǎn)過程中鈦的損失忽略不計，反應(yīng)①過程中無氣體產(chǎn)生，則工業(yè)使用該鈦鐵礦制得含鎂4%的合金25.0噸，理論上最多可獲得副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O是139噸．

Answer 1

分析 鐵粉的作用由步驟①的前后以及最后所得產(chǎn)物中的FeSO₄•7H₂O分析，不難得出是為了除去混合溶液中的Fe³⁺，趁熱過濾得熱的FeSO₄溶液，步驟②為冷卻，可得FeSO₄•7H₂O晶體，濾液水洗后得TiO₂•H₂O，煅燒得TiO₂，TiO₂與碳、氯氣在高溫下反應(yīng)得TiCl₄和CO，用鎂還原TiCl₄得Ti，據(jù)此答題．

解答 解：鐵粉的作用由步驟①的前后以及最后所得產(chǎn)物中的FeSO₄•7H₂O分析，不難得出是為了除去混合溶液中的Fe³⁺，趁熱過濾得熱的FeSO₄溶液，步驟②為冷卻，可得FeSO₄•7H₂O晶體，濾液水洗后得TiO₂•H₂O，煅燒得TiO₂，TiO₂與碳、氯氣在高溫下反應(yīng)得TiCl₄和CO，用鎂還原TiCl₄得Ti，
（1）Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族，
故答案為：四；ⅣB；
（2）根據(jù)上面的分析可知，可以利用的副產(chǎn)物是FeSO₄•7H₂O，圖示水浸過程生成H₂TiO₃同時生成的H₂SO₄溶液（TiOSO₄+2H₂O=H₂TiO₃+H₂SO₄），應(yīng)加入堿性物質(zhì)處理，可以是石灰（或碳酸鈣、廢堿），
故答案為：FeSO₄•7H₂O； 石灰（或碳酸鈣、廢堿）；
（3）依蓋斯定律，將③+①×2-②可得：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g），△H=（+141kJ•mol^-1）+2×（-393.5kJ•mol^-1）-（-566kJ•mol^-1）=-80 kJ•mol^-1，
故答案為：-80 kJ•mol^-1；
（4）Mg是活潑金屬，能與空氣中多種物質(zhì)反應(yīng)，因此可得出Ar氣作用為保護氣，防止Mg和空氣中物質(zhì)反應(yīng)，
故答案為：防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）作用；
（5）實驗室取該礦石19.00克，通過上述流程，最終得到5.00g含鎂4%的鈦鎂合金，合金中鈦的質(zhì)量為4.8g，根據(jù)鈦鐵礦（主要成份為FeTiO₃）可知，礦石中鈦與鐵的物質(zhì)的量之比為1：1，所以制得含鎂4%的合金25.0噸，可得鈦24噸，即鈦的物質(zhì)的量為$\frac{24×1{0}^{6}}{48}$mol=5×10⁵mol，根據(jù)元素守恒，F(xiàn)eSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量與鈦相等，所以FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量為5×10⁵×278g=139噸，
故答案為：139．

點評 本題考查學(xué)生對工藝流程理解、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用基礎(chǔ)知識分析問題、解決問題能力．