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8.二氧化钛(TiO2 )是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂,常用于污水处理.某工厂用古有Fe2O3 的钛铁矿(主要成分为FeTiO3  )为原料制备二氧化钛,其流程如图1:

(1)步骤①中,Fe2O3 与H2SO4 反应的离子方程式是Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O.
(2)步骤②中,加Fe粉的作用是2Fe3++Fe=3Fe2+(用离子方程式表示);步骤③中,实现混合物的分离是利用物质的b(填标号).
a熔沸点差异  b溶解性差异  c氧化性、还原性差异
(3)步骤④中,TiO2+ 水解生成H2TiO3 的离子方程式是TiO2++2H2O═H2TiO3↓+2H+
(4)可利用生产过程中的废渣与软锰矿(主要成分MnO2 )反应生产硫酸锰,则反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O.
(5)利用如图2装置,石墨作阳极,钛网作阴极,熔融CaF2-CaO 做电解质,可获得金属钙,钙再作为还原剂,可还原二氧化钛制备金属钛.
(6)工业上用4.0吨钛铁矿制得1.6吨的二氧化钛,则钛铁矿中钛元素的质量分数是24%.(假设生产过程中钛没有损失)

分析 用含有Fe2O3 的钛铁矿(主要成分为FeTiO3 )为原料制备二氧化钛:钛铁矿溶于酸生成亚铁离子和TiO2+,反应的离子方程式为:FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O,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+,步骤③利用的是物质溶解度的不同,通过冷却热饱和溶液,冷却结晶得到硫酸亚铁晶体,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
(1)碱性氧化物和酸反应生成盐和水;
(2)金属铁可以和铁离子反应生成亚铁离子,结合电荷守恒、原子守恒配平写出离子方程式;根据物质溶解度分析析出晶体的条件应用;
(3)TiO2+发生水解生成钛酸(H2TiO3)沉淀,根据元素守恒写出反应的离子方程式;
(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;根据电解槽中发生的反应:2CaO$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Ca+O2↑以及钙还原二氧化钛反应方程式:2Ca+TiO2=Ti+2CaO来回答;
(6)根据钛原子守恒进行解答.

解答 解:(1)氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水,离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,
故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;
(2)用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为:2Fe3++Fe=3Fe2+,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:2Fe3++Fe=3Fe2+;b;
(3)TiO2+发生水解生成钛酸(H2TiO3)沉淀和氢离子,其离子方程式为:TiO2++2H2O═H2TiO3↓+2H+
故答案为:TiO2++2H2O═H2TiO3↓+2H+
(4)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用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,阳极发生氧化反应,阴极析出钙金属发生还原反应,阳极图示产物可可知,阳极生成二氧化碳气体,是电解质中的氧离子失电子生成氧气,氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳,所以电极反应为:2O2--4e-=O2↑,或C+2O2--4e-=CO2↑;
②阴极上电极反应式为:2Ca2++4e-═2Ca,阳极上电极反应为:2O2--4e-=O2↑,电解槽中发生反应:2CaO$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Ca+O2↑,钙还原二氧化钛反应方程式为:2Ca+TiO2=Ti+2CaO,在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量不变;
(6)如果取钛铁矿4t,生产出1.6吨的二氧化钛,其中钛元素的质量是1.6×$\frac{48}{80}$×100%=0.96t,所以钛铁矿中钛的质量分数$\frac{0.96}{4}$×100%=24%,
故答案为:24%.

点评 本题考查了二氧化钛的制备,考查了物质分离的流程分析判断,物质性质的应用,离子性质的应用,分离操作的方法,氧化还原反应的离子方程式的书写方法,电解池原理的应用,侧重于学生的分析能力和实验能力的考查,为高考常见题型,注意相关知识的学习与积累,题目难度中等.

练习册系列答案
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5.下列说法错误的是(  )
A.铜晶体的堆积方式为面心立方最密堆积
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3.羧酸通常用芳香烃的氧化来制备.芳香烃的苯环比较稳定,难于氧化,而环上的支链不论长短,在强烈氧化时,最终都氧化成羧基.某同学用甲苯的氧化反应制备苯甲酸.反应原理:


芳香族反应试剂、产物的物理常数:
名称相对分 子质量性状熔点沸点密度溶解度
乙醇乙醚
甲苯92无色液体易燃易挥发-95110.60.8669不溶易溶易溶
苯甲酸122白色片状或针状晶体122.42481.2659微溶易溶易溶
主要实验装置和流程如下:
图1回流搅拌装置
图2抽滤装置
实验方法:一定量的甲苯和KMnO4溶液置于图1装置中,在90℃时,反应一段时间,再停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯.

(1)无色液体A的结构简式为.操作Ⅱ为蒸馏.
(2)如果滤液呈紫色,要先加亚硫酸氢钾,然后再加入浓盐酸酸化,加亚硫酸氢钾的目的是除去未反应的高锰酸钾氧化剂,否则用盐酸酸化时会发生盐酸被高锰酸钾所氧化,产生氯气.
(3)下列关于仪器的组装或者使用正确的是ABD.
A.抽滤可以加快过滤速度,得到较干燥的沉淀
B.安装电动搅拌器时,搅拌器下端不能与三颈烧瓶底、温度计等接触
C.图1回流搅拌装置应采用直接加热的方法
D.冷凝管中水的流向是下进上出
(4)除去残留在苯甲酸中的甲苯应先加入NaOH溶液,分液,水层再加入浓盐酸酸化,然后抽滤,干燥即可得到苯甲酸.
(5)纯度测定:称取1.220g产品,配成100mL溶液,取其中25.00mL溶液,进行滴定,消耗KOH物质的量为2.4×10-3mol.产品中苯甲酸质量分数为96%.

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13.K3[Fe(C2O43]-3H2O(三草酸合铁酸钾晶体)为草绿色晶体.溶于水,难溶于乙醇.110℃下失去结晶水,230℃分解:是制备负载型活性炭催化剂的主要原料.
实验室利用(NH42Fe(SO42•6H2O(硫酸亚铁铵晶体)、H2C2O4(草酸)、K2C2O4(草酸钾)、30%双氧水等为原料制备三草酸和铁酸钾晶体的部分实验过程如下:

已知:沉淀FeC2O4•2H2O既难溶于水又难溶于强酸
6FeC2O4+3H2O2+6K2C2O4═4K3[Fe(C2O43]+2Fe(OH)3
2Fe(OH)3+3H2C2O4+3K2C2O4═2K3[Fe(C2O43]+6H2O
(1)检验硫酸亚铁铵是否变质的试剂是KSCN;溶解时加几滴稀硫酸的目的是抑制Fe2+水解.
(2)检验硫酸亚铁铵溶液H2C2O4溶液反应生成FeC2O4•2H2O沉淀,写出该反应方程式:(NH42Fe(SO42•6H2O+H2C2O4=FeC2O4•2H2O↓+(NH42SO4+H2SO4+4H2O;沉淀过滤后,洗涤1的操作方法是向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作数次.
(3)在沉淀中加入饱和的K2C2O4溶液,并用40℃左右水溶加热,再向其汇总慢慢滴加足量的30%H2O2溶液,不断搅拌,此过程需保持温度在40℃左右,可能的原因是温度太高双氧水容易分解,温度太低反应速率太慢.加入30%过氧化氢溶液完全反应后,煮沸的目的是除去过量的双氧水
(4)洗涤2中所用洗涤试剂最合适的是C(填选项字母).
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(5)为了不浪费药品,95%乙醇水溶液进行回收的方法是蒸馏,所用的主要玻璃仪器有蒸馏烧瓶、温度计(任写两种)等.

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20.镍是有机合成的重要催化剂.某化工厂有含镍催化剂废品(主要成分是镍,杂质是铁、铝单质及其化合物,少量难溶性杂质).某学习小组设计如下流程利用含镍催化剂废品制备硫酸镍晶体:

几种难溶碱开始沉淀和完全沉淀的pH:
沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2
开始沉淀pH3.82.77.67.1
完全沉淀pH5.23.29.79.2
回答下列问题:
(1)溶液①中含金属元素的离子是AlO2-
(2)用离子方程式表示加入双氧水的目的2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O.
双氧水可以用下列物质替代的是A.
A.氧气     B.漂液     C.氯气     D.硝酸
(3)操作b调节溶液范围为3.2-7.1,其目的是除去Fe3+.固体②的化学式为Fe(OH)3
(4)操作a和c需要共同的玻璃仪器是玻璃棒.上述流程中,防止浓缩结晶过程中Ni2+水解的措施是保持溶液呈酸性.
(5)如果加入双氧水量不足或“保温时间较短”,对实验结果的影响是产品中混有绿矾.
设计实验证明产品中是否含“杂质”:取少量样品溶于蒸馏水,滴加酸性高锰酸钾溶液,若溶液紫色褪去,则产品中含有Fe2+.(不考虑硫酸镍影响)
(6)取2.0000g硫酸镍晶体样品溶于蒸馏水,用0.2mol•L-1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至终点,消耗EDTA标准溶液为34.50mL.滴定反应为Ni2++H2Y2-=NiY2-+2H+.计算样品纯度为97.0%.(已知,NiSO4•7H2O相对分子质量为281,不考虑杂质反应).

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

17.已知实验室制氢气的反应:Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑.现用13.0g Zn粉与一定量2mol/L稀盐酸充分反应,一段时间后Zn粉无剩余,则盐酸的体积至少为多少升?生成ZnCl2的物质的量为多少?标准状况下,最多能收集到多少升气体?

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.某强酸性溶液X中可能含有H+、A13+、NH4+、Fe2+、CO32-、SO42-、C1-、NO3-中的若干种.某研究性小组为了探究其成分,进行了如下实验:

请回答下列问题:
(1)沉淀C的化学式为BaSO4,气体A的化学式为NO.
(2)写出向溶液H中通入过量CO2气体生成沉淀I的离子方程式:[Al(OH)4]-+CO2═Al(OH)3↓+HCO3-
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(4)无法确定的离子是C1-,请设计实验验证该离子是否存在的方法取少量的B溶液于试管中,(滴加稀硝酸酸化),滴加AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,证明含有C1-;若无白色沉淀生成,证明不含C1-

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