Question

TiO₂在工业生产和日常生活中有重要用途。

I、工业上用钛铁矿石（FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤③发生的反应为：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O。

（1）写出钛元素在周期表中的位置______________。

净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO?____ ________（填“需要”或“不需要”）

（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中两性氧化物发生反应的离子反应方程式：____________________。

（3）④中加入的X可能是(  )

A．H₂O₂     B．KMnO₄      C．KOH       D．SO₂

（4）④⑤两步的目的是___________________________。

（5）写出⑥的化学反应方程式_____________________。

II、TiO₂可通过下述两种方法制备金属钛：方法一是电解TiO₂来获得Ti（同时产生O₂）：

将处理过的TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl₂为电解液，用碳块作电解槽池。

（6）阴极反应的电极反应式为_____________________。

（7）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是__________________。

方法二是先将TiO₂与Cl₂、C反应得到TiCl₄，再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生：

TiO₂ (s) +2Cl₂ (g)TiCl₄（1）+O₂ (g)  △H= +151 kJ/mol

所以不能直接由TiO₂和Cl₂反应（即氯化反应）来制取TiCl₄。请从反应原理角度说明该反应难进行的原因__________________。

Answer

（1）第四周期IVB族（1分） 不需要（1分）

（2）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O（2分）（写成四羟基铝酸根也是对的）（3）A（2分）

（4）除去亚铁离子（2分）（5） TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4(2分)

（6）TiO2+4e-=Ti+2O2-（或Ti4++4e-=Ti）（2分）

（7）碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少（2分）

（8）该反应的△H>0，△S<0，反应难自发进行。（2分）

【解析】

试题分析：（1）钛的原子序数是22，在周期表中的位置是第四周期IVB族；氧化亚铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，所以净化钛矿石时，不需要除去杂质FeO；

（2）氧化铝是两性氧化物，既能和强酸反应又能和强碱反应生成盐和水，离子方程式为Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O ；

（3）要除去亚铁离子，需要首先转化为铁离子，又因为不能引入杂质，所以X试剂应该是双氧水，答案选A。

（4）根据以上分析可知④⑤两步的目的是除去亚铁离子；

（5）根据转化关系图可知反应⑥中反应物是TiOSO4，生成物是TiO2·2H2O ，因此反应的方程式为TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4；

（6）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，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（7）由于电解过程中，电解槽的阳极产生氧气，碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少，所以电解过程中需定期向电解槽池中加入炭块；

（8）根据方程式可知该反应的△H>0，△S<0，所以依据△G＝△H－T△S可知该反应难自发进行。

【考点定位】本题考查物质制备工艺流程图分析与判断

【名师点晴】流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。

抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。