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16.二十一世纪钛将成为铁、铝之后的第三大金属,工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛及钛的工艺流程如图1所示,钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价,FeTiO3溶于酸后Ti元素以TiO2+存在,TiOSO4遇水可水解.

请根据以上信息回答下列问题:
(1)②中加入铁粉的目的是除去Fe3+
(2)③中混合物分离的依据是b(填字母序号).
a.熔、沸点差异     b.溶解性差异     c.氧化性、还原性差异
(3)②、③、④中均需要进行的操作是过滤(填操作名称).
(4)写出④的离子方程式:TiO2++2H2O=H2TiO3+2H+;该过程在热水中操作的目的是由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率
(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应可生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),该反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O.
(6)科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发.找出了冶炼钛的新工艺.
①直接电解固体TiO2法生产钛,原理如图所示,则阴极获得钛的电极反应为TiO2+4e-=Ti+2O2-
②电解一段时间后,需要更换石墨电极,原因是氧离子在阳极失电子发生氧化反应生成氧气,碳和氧气发生反应生成一氧化碳,O2--2e-+C=CO.

分析 钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),FeTiO3溶于硫酸后Ti元素以TiO2+存在,过滤得到溶液1,溶液1中加入铁粉还原铁离子生成亚铁离子过滤得到溶液2中含有TiO2+,FeSO4,冷却结晶过滤得到硫酸亚铁晶体和滤液3,在热水中加热析出沉淀H2TiO3,煅烧得到TiO2,电解TiO2 得到Ti,
(1)转化关系中生成的离子分析判断发生反应的物质和离子及其生成的离子,铁还原铁离子为亚铁离子;
(2)根据物质溶解度本题分析析出晶体的条件应用;
(3)依据操作过程中形成的物质溶解性和分离目的分析回答;
(4)依据二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子分析氧化还原反应生成二价锰的化合物,结合电荷守恒和原子守恒写出;
(5)依据图示生成物质的分析,阳极生成二氧化碳,阴极析出钙,结合电解池中阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,写出电极反应;TiO2直接电解法生产钛,发生还原反应,二氧化钛为阴极,连接电源负极,由示意图可知二氧化钛获得电子生成Ti与氧离子;电解一段时间后,需要更换石墨电极是因为氧离子生成氧气会消耗碳.

解答 解:(1)步骤②中,用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为:2Fe3++Fe=3Fe2+,②中加入铁粉的目的是除去Fe3+
故答案为:除去Fe3+
(2)步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体,利用的是物质溶解度的不同,通过冷却热饱和溶液得到,故答案为:b;
(3)②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体,所以需要过滤得到固体和溶液,
故答案为:过滤;
(4)④的离子方程式为:TiO2++2H2O=H2TiO3+2H+,④中使用热水的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3,分离出固体加热得到TiO2,该过程在热水中操作的目的是由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率,
故答案为:TiO2++2H2O=H2TiO3+2H+;由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率;
(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),利用二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子为三价铁离子,反应的离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;
故答案为:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;
(5)①电解时,阴极上得电子发生还原反应,所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子,和电源负极相连,电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-
故答案为:TiO2+4e-=Ti+2O2-
②电解一段时间后,需要更换石墨电极,氧离子在阳极失电子发生氧化反应生成氧气,碳和氧气发生反应生成一氧化碳,反应为O2--2e-+C=CO,
故答案为:氧离子在阳极失电子发生氧化反应生成氧气,碳和氧气发生反应生成一氧化碳,O2--2e-+C=CO;

点评 本题考查了物质制备、物质性质、实验基本操作、电解原理等知识点,掌握基础是解题关键,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.欲使1L 0.5mol/L的NaOH溶液的浓度增大一倍,可采取的合理措施是(  )
A.加入20 g 固体NaOH,搅拌、溶解
B.将溶液加热浓缩至0.2 L
C.加入10 mol/L的NaOH溶液0.1 L,再稀释至1.5 L
D.加入1 L 1.5 mol/L的NaOH溶液混合均匀

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染.例如:
①CH4(g)+4NO2(g)═4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO(g)═2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-1160kJ•mol-1
下列说法不正确的是(  )
A.由反应①、②可推知:CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ•mol-1
B.等物质的量的甲烷分别参与反应①、②,则反应转移的电子数相等
C.若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2,放出的热量为173.4 kJ
D.若用标准状况下4.48 L CH4还原NO2至N2,整个过程中转移的电子总数为3.2NA

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.NaCN为剧毒无机物.某兴趣小组查资料得知,实验室里的NaCN溶液可使用Na2S2O3溶液进行解毒销毁,他们开展了以下三个实验,请根据要求回答问题:
实验Ⅰ.硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3•5H2O)的制备:
已知Na2S2O3•5H2O对热不稳定,超过48℃即开始丢失结晶水.现以Na2CO3和Na2S物质的量之比为2:1的混合溶液及SO2气体为原料,采用如图装置制备Na2S2O3•5H2O.

(1)将Na2S和Na2CO3按反应要求的比例一并放入三颈烧瓶中,注入150mL蒸馏水使其溶解,在蒸馏烧瓶中加
入Na2SO3固体,在分液漏斗中注入C(填以下选择项的字母),并按下图安装好装置,进行反应.
A.稀盐酸         B.浓盐酸     C.70%的硫酸     D.稀硝酸
(2)pH小于7会引起Na2S2O3溶液的变质反应,会出现淡黄色混浊.反应约半小时,当溶液pH接近或不小于7时,即可停止通气和加热.如果通入SO2过量,发生的化学反应方程式为Na2S2O3+SO2+H2O=2NaHSO3+S↓;
(3)从上述生成物混合液中获得较高产率Na2S2O3•5H2O的歩骤为

为减少产品的损失,操作①为趁热过滤,其目的是趁热是为了防止晶体在过滤的过程中在漏斗中析出导致产率降低;过滤是为了除去活性炭、硫等不溶性杂质;操作②是蒸发浓缩,冷却结晶;操作③是抽滤、洗涤、干燥.
Ⅱ.产品纯度的检测:
(4)已知:Na2S2O3•5H2O的摩尔质量为248g/mol;2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6.取晶体样品a g,加水溶解后,滴入几滴淀粉溶液,用0.010mol/L碘水滴定到终点时,消耗碘水溶液v mL,则该样品纯度是$\frac{4960v}{a}$×100%;
(5)滴定过程中可能造成实验结果偏低的是BD;
A.锥形瓶未用Na2S2O3溶液润洗 B.锥形瓶中溶液变蓝后立刻停止滴定,进行读数
C.滴定终点时仰视读数     D.滴定管尖嘴内滴定前无气泡,滴定终点发现气泡
Ⅲ.有毒废水的处理:
(6)兴趣小组的同学在采取系列防护措施及老师的指导下进行以下实验:
向装有2mL 0.1mol/L 的NaCN溶液的试管中滴加2mL 0.1mol/L 的Na2S2O3溶液,两反应物恰好完全反应,但无明显现象,取反应后的溶液少许滴入盛有10mL 0.1mol/L FeCl3溶液的小烧杯,溶液呈现血红色,请写出Na2S2O3解毒的离子反应方程式CN-+S2O32-=SCN-+SO32-

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.硝基苯的实验室制备主要步骤如下:
①配制一定比例的浓H2SO4与浓HNO3的混合酸,加入反应器中;
②向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混合均匀;
③在50~60℃下发生反应,直至反应结束;
④除去混合酸后,粗产品依次用蒸馏水和5% NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏,水洗涤;
⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,得到纯净硝基苯.
请填写下列空白:
(1)怎样将浓H2SO4与浓HNO3混合在一起?写出操作过程先将浓硝酸注入容器中,再慢慢注入浓硫酸,并及时搅拌和冷却.
(2)步骤③中,用水浴加热 法为了使反应控制在50~60℃下进行,
(3)步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是分液漏斗.
(4)步骤④中粗产品用5% NaOH溶液洗涤的目的是除去粗产品中残留的酸.
(5)写出反应原理方程式
(6)苯的同系物,甲苯也能和硝酸反应,制备TNT,写出反应方程式:+3HNO3$→_{△}^{浓硫酸}$+3H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.近日,一家中国企业并购了刚果(金)大型铜钴矿.据媒体分析,中国是钴消费大国,但钴资源贫乏,为获取钴资源是此次收购的重要原因.钴是制造锂电池不可或缺的原料,硫酸钴晶体可用于制造碱性电池、生产含钴颜料和其它钴产品.利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3]制备硫酸钴晶体( CoSO4•7H2O)的工艺流程如图1:

已知:有关物质的溶解度随温度变化关系如图2:
(1)均速向钴渣和稀硫酸的化合物中通入SO2,使Co(OH)3、Fe(OH)3被充分浸取,其中浸取Co(OH)3的离子方程式为2Co(OH)3+2H++SO2=2Co2++SO42-+4H2O;SO2的另一个作用为搅拌,加快浸取速率.
(2)除铁过程中,若选用氧化性更强的NaClO除铁,可能造成的后果是氧化性过强,会Co2+使被氧化.
(3)滤渣Ⅱ的成分为Fe(OH)3;通过除铁后溶液的pH降低(升高、降低或不变).
(4)过滤Ⅱ得到的滤液经过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却到40℃结晶操作得到CoSO4•7H2O粗产品.冷却到40℃结晶的原因是防止析出硫酸钠晶体.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

8.硫酸亚锡(SnSO4)是一种重要的硫酸盐,广泛应用于镀锡工业.某研究小组设计SnSO4制备路线如图:

查阅资料:
I.酸性条件下,锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式.
Ⅱ.Sn2+的性质与Fe2+的性质相似.
回答下列问题:
(1)锡元素在周期表中的位置是第五周期第ⅣA族.
(2)用SnCl2固体配制SnCl2溶液的方法是将SnCl2固体溶于浓盐酸,加水稀释至所需浓度,再加入适量Sn粉.
(3)反应I得到沉淀是SnO,该反应的离子方程式是Sn2++CO32-═SnO↓+CO2↑.
(4)洗涤SnO沉淀的方法是向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水完全流出后重复操作2-3次.
(5)操作I是加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤.
(6)酸性条件下,SnSO4还可以用作双氧水去除剂,发生反应的离子方程式是Sn2++H2O2+2H+═Sn4++2H2O.
(7)该小组通过下列方法测定所用SnCl2固体的纯度(杂质不参与反应):
①取6.10g SnCl2固体配制成100mL 溶液.
②取25.00mL溶液,向溶液中加入过量的FeCl3固体;
③再用0.10mol/L的K2Cr2O7标准溶液进行滴定,达终点时记录消耗K2Cr2O7标准溶液的体积.
④重复进行②、③两步操作,测定消耗K2Cr2O7标准溶液的平均体积为25.00mL.
试计算SnCl2固体的纯度(写出计算过程).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.氢气燃烧的能量变化示意图如下,下列说法正确的是(  )
A.H2O分子中H-O的键能为462kJ?mol-1
B.H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H=-480 kJ?mol-1
C.H2的燃烧热为240 kJ?mol-1
D.欲分解2molH2O(l),至少需要提供4×462kJ的热量

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

6.临床上需$\frac{1}{6}$mol/L乳酸钠(NaC3H5O3)溶液600mL,如用112g/L乳酸钠针剂(20mL/支)配制,需几支?

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同步练习册答案