Question

以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦，生產(chǎn)的工藝流程圖如下，其中鈦鐵礦與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

回答下列問題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)屬于

 

（選填“氧化還原反應(yīng)”或“非氧化還原反應(yīng)”）．
（2）上述生產(chǎn)流程中加入物質(zhì)A的目的是防止Fe²⁺被氧化，物質(zhì)A是

 

，上述制備TiO₂的過程中，所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)分別是

 

、

 

．
（3）反應(yīng)TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是

 

．
（4）由二氧化鈦制取四氯化鈦所涉及的反應(yīng)有：
TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）═TiCl₄（g）+2CO（g）△H₁=-72kJ?mol^-1
TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（g）+O₂（g）△H₂=+38.8kJ?mol^-1
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）?△H₃=+282.8kJ?mol^-1
反應(yīng)C（s）+O₂（g）═CO₂（g）的△H=

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,熱化學(xué)方程式

專題：實驗設(shè)計題,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦，鈦鐵礦石加入濃硫酸，鈦鐵礦與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄═TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，加入水溶解后加入鐵防止亞鐵離子被氧化，沉降分離得到溶液Ⅰ，冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，過濾得到溶液Ⅱ為TiOSO₄，加熱過濾得到濾液為硫酸，沉淀為鈦酸煅燒得到二氧化鈦，加入氯氣和焦炭高溫反應(yīng)，由二氧化鈦制取四氯化鈦，加入鎂反應(yīng)在Ar氣氛中進(jìn)行，發(fā)生的反應(yīng)為；TiCl₄+2Mg═2MgCl₂+Ti；
（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中元素的化合價發(fā)生變化進(jìn)行分析判斷；
（2）亞鐵離子易被氧化為鐵離子，加入金屬鐵可以防護(hù)被氧化，根據(jù)流程確定所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)；
（3）Mg和Ti都有較強(qiáng)還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和氮氣二氧化碳都反應(yīng)；
（4）根據(jù)蓋斯定律來計算化學(xué)反應(yīng)的焓變；

解答： 解：（1）鈦酸亞鐵的化學(xué)式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，鈦的化合價為+4價，鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)后，TiOSO₄中鈦的化合價為+4價，硫為+6價，氧元素的化合價為-2價，F(xiàn)eSO₄中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，無化合價的變化，是非氧化還原反應(yīng)，
故答案為：非氧化還原反應(yīng)；
（2）亞鐵離子易被氧化為鐵離子，加入金屬鐵可以防護(hù)被氧化，所以A是金屬鐵，根據(jù)流程，所得到的副產(chǎn)物是綠礬，可回收利用的物質(zhì)是硫酸；
故答案為：Fe；綠礬和硫酸；
（3）Mg和Ti都有較強(qiáng)還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和二氧化碳反應(yīng)生成氧化鎂和碳，鎂和氮氣反應(yīng)生成氮化鎂，所以反應(yīng)TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar氣氛中進(jìn)行；
故答案為：防止高溫下Mg和Ti與空氣中的氧氣（或氮氣、二氧化碳）作用；
（4）已知反應(yīng)a、TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（g）+2CO（g）△H₁=-72kJ?mol^-1
b、TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）+O₂（g）△H₂=+38.8kJ?mol^-1
c、C（s）+CO₂（g）=2CO（g）?△H₃=+282.8kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)C（s）+O₂（g）=CO₂（g）可以看成是a-b-c獲得，所以該化學(xué)反應(yīng)的焓變△H=-72kJ?mol^-1-282.8kJ?mol^-1-38.8kJ?mol^-1=-393.6 kJ/mol，
故答案為：-393.6 kJ/mol；

點評：本題考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)的方向以及元素化合物的性質(zhì)知識，注意知識的歸納和整理是解題的關(guān)鍵，難度中等．