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二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料...

二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。现在工业由以下两种方法制备二氧化钛:

方法1:可用含有Fe2O3SiO2的钛铁矿(主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4)制取,其主要工艺流程如下:

已知有关反应包括:

酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)→FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l) 

水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)→H2TiO3(s)+H2SO4(aq)

(1)试剂A____,钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度过高会导致产品收率降低,原因____

(2)取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,再加H2O2后出现红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是__________。这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2会略发黄,发黄的杂质是_____________(填化学式)。

方法2

Ⅰ.将干燥后的金红石(主要成分TiO2,主要杂质SiO2)与碳粉混合装入氯化炉中,在高温下通入Cl2反应制得混有SiCl4杂质的TiCl4

II.将SiCl4分离,得到纯净的TiCl4

III.在TiCl4中加水、加热,水解得到沉淀TiO2·xH2O,洗涤和干燥;

IVTiO2·xH2O高温分解得到TiO2

(1)TiCl4水解生成TiO2•x H2O的化学方程式为____________________

(2)检验TiO2•x H2OCl-是否被除净的方法是____________________;金属钛被称为“21世纪金属,工业制备金属钛是在800900℃及惰性气体的保护下,在密闭反应器中,将TiCl4以一定的流速通入熔化的镁即可。主要涉及以下反应:

TiO2+2Cl2+C→TiCl4+CO2

TiCl4+2Mg → 2MgCl2+Ti

(3)下列推断不合理的是________

A.钛在高温下可能易与氧气反应

B.镁的熔点比钛的熔点高

C.钛的金属活动性比镁的金属活动性强

D.反应②产生的MgCl2可作为电解法制取镁的原料

(4)请完成以TiO2Cl2和焦炭为原料制取金属TiMg的流程图,并用箭头标明物料循环。___________________

 

铁粉 由于TiOSO4容易水解,若温度过高,则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低 Fe2+ Fe2O3 TiCl4+(2+x)H2OTiO2•xH2O↓+4HCl 取少量水洗液,滴加硝酸酸化AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,说明Cl-已除净 BC 【解析】 含有Fe2O3、SiO2的钛铁矿(主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4价)加硫酸,在90℃温度下,溶解,过滤,滤液中含有FeSO4(aq)、TiOSO4(aq)和Fe2(SO4)3(aq),加铁粉(试剂A),把三价铁离子还原为亚铁离子,降温到70℃,结晶过滤,得到硫酸亚铁晶体,滤液为TiOSO4(aq),滤液温度升高到90℃,使TiOSO4水解生成H2TiO3固体,洗涤、干燥、煅烧得到TiO2。 (1)由流程可知Fe2(SO4)3与Fe粉反应产生FeSO4(aq),试剂A应为铁粉;由题中信息可知,TiOSO4容易水解,升高温度促进水解,若温度过高,则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4•7H2O中导致TiO2产率降低; (2)取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,说明没有Fe3+,再加H2O2后出现红色,说明有Fe3+,则原来含有Fe2+,加H2O2后Fe2+被氧化为Fe3+;H2TiO3中的二价铁易被氧化为三价铁,煅烧时会生成Fe2O3,TiO2含有少量的Fe2O3会呈现黄色; (1)设TiCl4的系数为1,根据元素守恒,TiO2•xH2O的系数为1,HCl的系数为4;再根据O元素守恒,可知H2O的系数为(2+x),方程式为TiCl4+(2+x)H2OTiO2•xH2O↓+4HCl; (2)沉淀吸附溶液中的Cl-,根据发生反应:Cl-+Ag+=AgCl↓,可知检验TiO2•x H2O中Cl-是否被除净的方法是:取最后一次的少量洗涤液,滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,不产生白色沉淀,说明Cl-已除净; (3)A. 工业制备金属钛是在800~900℃及惰性气体的保护下,说明钛在高温下可能易与氧气反应生成二氧化钛,A正确; B. 镁易熔化熔点较低,镁的熔点比钛的熔点低,故B错误; C. 活泼性强的金属能置换活泼性弱的金属,Mg能置换Ti,说明Mg比Ti活泼,C错误; D. 电解熔融的MgCl2能制取镁,所以反应②产生的MgCl2可作为电解法制取镁的原料,故D正确; 故合理选项是BC; (4)TiO2、Cl2和焦炭在高温条件下生成TiCl4和CO2,再用Mg单质置换TiCl4得到Ti和MgCl2,电解熔融的氯化镁又能得到Mg和Cl2,则以TiO2、Cl2和焦炭为原料制取金属Ti和Mg的流程图为:。
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某研究小组利用下图装置探究温度对氨气还原 Fe2O3 的影响(固定装置略)。完成下列填空:

(1)实验时 A 中有大量紫红色的烟气,则 NH4I 的分解产物为 ___(至少填三种),E装置的作用是___

(2)装置B中的反应方程式:______,D装置的作用是______

某研究小组按上图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置 C 加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物),两组分别用各自的产物进行以下探究,完成下列填空:

步骤

操作

甲组现象

乙组现象

1

取黑色粉末加入稀盐酸

溶解,无气泡

溶解,有气泡

2

取步骤 1 中溶液,滴加 KSCN 溶液

变红

无现象

3

向步骤 2 溶液中滴加新制氯水

红色先变深后褪去

先变红后也褪色

 

3)乙组得到的黑色粉末是______

4)甲组步骤1中反应的离子方程式为______

5)乙组步骤3中,溶液变红的原因为______;溶液褪色可能的原因及其验证方法为______

6)若装置CFe2O3反应后的产物是两种氧化物组成的混合物,为研究氧化物的组成,研究小组取样品7.84克在加热条件下通入氨气,完全反应后,停止加热,反应管中铁粉冷却后,称得质量为5.6克,则混合物的组成为______

 

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目前正研究利用催化技术将尾气中的NOCO转变成CO2N2,化学方程式如下:2NO+2CO2CO2+N2+Q为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NOCO浓度如下表

时间/s

0

1

2

3

4

5

c(NO)/mol·L-1

1.00×10-3

4.50×10-4

2.50×10-4

1.50×10-4

1.00×10-4

1.00×10-4

c(CO)/mol·L-1

3.60×10-3

3.05×10-3

2.85×10-3

2.75×10-3

2.70×10-3

2.70×10-3

 

请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):

(1)2s内的平均反应速率v(N2)=____________

(2)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高CO转化率的是_______

A. 选用更有效的催化剂            B. 升高反应体系的温度

C. 降低反应体系的温度            D. 缩小容器的体积

(3)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中;请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。

实验

编号

T/

NO初始浓度

mol/L

CO初始浓度

mol/L

催化剂的比表面积

m2/g

280

1.20×10-3

5.80×10-3

82

__________

__________

__________

124

350

________

____________

124

 

 

(4)请画出题表中的三个实验条件下混合气体中CO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号。______________

(5)消除一氧化氮可以用在水的存在下通入氧气加以除去。现将标准状况下的一试管一氧化氮气体倒置于水中,慢慢通入氧气,溶液充满整个试管,若不考虑溶质的扩散,则试管内稀硝酸的浓度为_________mol/L;若继续通入氧气,将试管内溶液排除一半,则剩余稀硝酸的浓度为__________mol/L

(6)利用氨气的还原性也可以除去氮氧化合物(NOx),当氨气与NOx等物质的量恰好反应生成氮气和水,则x=_________

 

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地球化学中,通常用热重分析研究矿物在受热时的质量变化以确定其组成。取66.6 mg由高岭石[Al4Si4O10(OH)8]和方解石(CaCO3)组成的矿物,加热到673K1123K区间内分解为氧化物,样品总失重13.8 mg。高岭石受热分解反应方程式:Al4Si4O10(OH)8 →2Al2O3+4SiO2+4H2O

(1)硅原子核外电子排布在____个不同的电子层中,核外最外层电子分布在____个不同的轨道中。

(2)硅与铝同周期且相邻,化学性质有相似性,写出SiNaOH溶液反应的化学方程式________

(3)高岭石是长石的一种,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钙长石化学式CaAl2Si2O8可推知钠长石的化学式为_________________

(4)此矿物中高岭石的质量分数为____________

a. 44%           b. 56%          c. 77.5%            d. 80% 

(5)若对高岭土进行煅烧活化,然后利用盐酸进行分解,对于分解出的氯化铝溶液及二氧化硅再分别加入碱溶液进行去杂提纯,最后得到的氯化铝溶液可制备氧化铝。写出由氯化铝溶液得到纯净氧化铝的化学反应方程式(要求最节约)_____________________

(6)用焦炭与石英砂(SiO2)混合高温,产生粗硅,现由两种方法将粗硅提纯:

第一种方法:Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl

第二种方法:Si+3HCl SiHCl3     SiHCl3+H2Si+3HCl

工业上常用第二种方法来提纯单晶硅,其原因是_________________

 

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25 ℃和101 kPa时,甲烷、乙烷和乙烯组成的混合烃4 mL,与过量氧气混合并完全燃烧,除去水蒸气,恢复到原来的温度和压强,气体总体积缩小了9 mL,原混合烃中乙烯的体积分数为

A.12.5% B.25% C.50% D.75%

 

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17.6Fe2O3Cu的混合物溶解于足量的稀盐酸中,再加铁粉9.8克,待铁粉溶解后,溶液中无Fe3+,此过程共产生2.24H2(标况),则下列判断正确的是

A.混合物中Cu全部被氧化为Cu2+以后,Cu2+又全部被还原

B.混合物中Cu全部被氧化为Cu2+以后,Cu2+又部分被还原

C.混合物中Cu部分被氧化为Cu2+以后,Cu2+又全部被还原

D.混合物中Cu部分被氧化为Cu2+以后,Cu2+又部分被还原

 

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