Question

10．钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率，减少环境污染．

请回答下列问题：
（1）Fe位于元素周期表中第四周期，第ⅤⅢ族．
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（3）制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂•x H₂O，再经焙烧制得．水解时需加入大量的水并加热，请结合化学方程式和必要的文字说明原因：发生TiCl₄+（2+x）H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加热，HCl挥发，促使水解正向进行
（4）反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于1412℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）用氧化还原滴定法测定TiO₂的质量分数：一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示剂，用NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．滴定分析时，称取TiO₂（摩尔质量为M g/mol）试样w g，消耗c mol/L NH₄Fe（SO₄）₂标准溶液V mL，则TiO₂质量分数为$\frac{cVM}{10w}$%．（用代数式表示）
（6）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．若不考虑生产过程中物质的任何损失，上述产业链中每合成6mol甲醇，至少需额外补充H₂5mol．

Answer 1

分析 （1）Ti的原子序数为22，根据核外电子排布式确定在周期表中的位置；
（2）分析流程可知，钛铁矿经氯化得到四氯化钛、氯化铁和一氧化碳，依据原子守恒配平书写；
（3）发生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加热，HCl挥发，促使水解正向进行；
（4）依据图表数据中的数据分析，控制温度使TiCl₄、Mg、MgCl₂转化为蒸气，Ti不融化；
（5）根据n=cV计算n（Fe³⁺），根据电子转移守恒计算n（Ti³⁺），再根据Ti原子守恒计算n（TiO₂），根据m=nM计算m（TiO₂），进而计算TiO₂的质量分数；
（6）根据甲醇的物质的量计算需要CO、H₂的物质的量，根据n（CO）计算电解中生成的n（Cl₂），进而计算电解生成n（H₂），据此计算解答．

解答 解：（1）Fe的原子序数为26，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，故处于第四周期第ⅤⅢ族，
故答案为：四、ⅤⅢ；
（2）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO₃、C、Cl₂，生成物为FeCl₃、TiCl₄、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）发生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加热，HCl挥发，促使水解正向进行；
故答案为：发生TiCl₄+（2+x） H₂O=TiO₂•xH₂O+4HCl，加入大量水并加热，HCl挥发，促使水解正向进行；
（4）依据图表数据分析可知，控制温度使TiCl₄、Mg、MgCl₂转化为蒸气，Ti不熔化，故温度略高于1412℃，
故答案为：1412；
（5）n（Fe³⁺）=c mol/L×V×10^-3L=cV×10^-3mol，根据电子转移守恒可知n（Ti³⁺）=n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，再根据Ti原子守恒n（TiO₂）=cV×10^-3mol，故m（TiO₂）=cV×10^-3mol×Mg/mol=cVM×10^-3g，故TiO₂的质量分数为$\frac{cVM×1{0}^{-3}g}{wg}$×100%=$\frac{cVM}{10w}$%，
故答案为：$\frac{cVM}{10w}$%；
（6）由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根据2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，电解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7mol，根据2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，电解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需额外补充H₂ 为12mol-7mol=5mol，
故答案为：5．

点评 本题属于化学工艺流程题目，涉及结构与位置关系、常用化学用语、对工艺流程的理解与条件控制、滴定应用、电解原理、化学计算等，题目综合性较大，是一道不错的能力考查题目，要求学生具有扎实的基础与分析、解决问题的能力，难度中等．