Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率，減少環(huán)境污染．

請回答下列問題：
（1）Ti的原子序數(shù)為22，Ti位于元素周期表中第

 

周期，第

 

族．
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式

 

．
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂?x H₂O，再經(jīng)焙燒制得．水解時需加入大量的水并加熱，請結(jié)合化學(xué)方程式和必要的文字說明原因：

 

（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar氣中進(jìn)行的理由是

 

．反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于

 

℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）用氧化還原滴定法測定TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析時，稱取TiO₂（摩爾質(zhì)量為M g/mol）試樣w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL，則TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．（用代數(shù)式表示）
（6）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．若不考慮生產(chǎn)過 程中物質(zhì)的任何損失，上述產(chǎn)業(yè)鏈中每合成6mol甲醇，至少需額外補(bǔ)充H₂

 

mol．

Answer 1

分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，根據(jù)核外電子排布式確定在周期表中的位置；
（2）分析流程可知，鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳，依據(jù)原子守恒配平書寫；
（3）發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進(jìn)行；
（4）在Ar氣中進(jìn)行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不融化；
（5）根據(jù)n=cV計算n（Fe³⁺），根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算n（Ti³⁺），再根據(jù)Ti原子守恒計算n（TiO₂），根據(jù)m=nM計算m（TiO₂），進(jìn)而計算TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（6）根據(jù)甲醇的物質(zhì)的量計算需要CO、H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)n（CO）計算電解中生成的n（Cl₂），進(jìn)而計算電解生成n（H₂），據(jù)此計算解答．

解答：解：（1）Ti的原子序數(shù)為22，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故處于第四周期第ⅣB族，
故答案為：四、ⅣB；
（2）從圖示可知氯化時的反應(yīng)物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進(jìn)行；
故答案為：發(fā)生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂?xH₂O+4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進(jìn)行；
（4）在Ar氣中進(jìn)行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃，
故答案為：防止鈦、鎂被氧化；1412；
（5）n（Fe³⁺）=c mol/L×V×10^-3L=cV×10^-3mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知n（Ti³⁺）=n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，再根據(jù)Ti原子守恒n（TiO₂）=cV×10^-3mol，故m（TiO₂）=cV×10^-3mol×Mg/mol=cVM×10^-3g，故TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

cVM×10-3g

wg

×100%=

cVM

10w

%，
故答案為：

cVM

10w

%；
（6）由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=

7

6

n（CO）=7mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需額外補(bǔ)充H₂ 為12mol-7mol=5mol，
故答案為：5．

點評：本題屬于化學(xué)工藝流程題目，涉及結(jié)構(gòu)與位置關(guān)系、常用化學(xué)用語、對工藝流程的理解與條件控制、滴定應(yīng)用、電解原理、化學(xué)計算等，題目綜合性較大，是一道不錯的能力考查題目，要求學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)與分析、解決問題的能力，難度較大．