Question

【題目】鈦被稱為“二十一世紀金屬”，工業上用鈦鐵礦制備金屬鈦的工藝流程如下：

已知：鈦鐵礦主要成分與濃硫酸反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，TiOSO4遇水會水解。請回答下列問題：

（1）操作1用到的玻璃儀器除燒杯外還有_________；

（2）請結合化學用語解釋將TiO2+轉化為H2TiO3的原理_______________。

（3）已知鈦的還原性介于鋁與鋅之間。如果可從Na、Zn、Fe三種金屬中選一種金屬代替流程中的鎂，那么該金屬跟四氯化鈦反應的化學方程式是____________。

（4）電解TiO2來獲得Ti是以TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解質，用碳塊作電解槽，其陰極反應的電極反應式是___________________________________。

（5）為測定溶液中TiOSO4的含量，先取待測鈦液10 mL用水稀釋至100 mL，加過量鋁粉，充分振蕩，使其完全反應：3TiO2+ +Al+6H+=3Ti3++Al3++3H2O。過濾后，取無色濾液20.00 mL，向其中滴加2～3滴KSCN溶液作指示劑，用______________________（填一種玻璃儀器的名稱）滴加0.1000mol·L-1 FeCl3溶液，發生Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+。滴定終點時的現象是___________________________________，若用去了30.00mL FeC13溶液，待測鈦液中TiOSO4的物質的量濃度是______________mol/L。

【答案】 漏斗、玻璃棒 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動 TiCl4+4Na Ti+4NaCl TiO2 + 4e- ＝ Ti + 2O2- 酸式滴定管 溶液由無色變成紅色且半分鐘不褪色 1.50 mol/L

【解析】鈦鐵礦用濃硫酸溶解，濃硫酸具有酸性，強氧化性，反應的主要產物是TiOSO4和FeSO4，還可能有少量Fe2(SO4)3；向所得溶液中加入大量水稀釋后，加入過量鐵粉還原Fe3+，過濾得到濾液中只含有TiOSO4和FeSO4；TiOSO4水解過濾后得到H2TiO3，H2TiO3加熱灼燒得到TiO2，加入Cl2、過量碳高溫反應生成TiCl4，TiCl4和Mg高溫反應得到MgCl2和Ti。

（1）操作1為過濾，所需玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故還缺少的儀器為：漏斗和玻璃棒；故答案為：漏斗、玻璃棒；

（2）TiOSO4遇水會水解，水解方程式為TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，水解是吸熱過程，加熱能促進水解；加水稀釋，促進水解。

故答案為：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當加入水稀釋、升溫后，平衡正向移動；

（3）在流程中，金屬鎂置換出鈦單質，反應方程式為：TiCl4+2MgTi+2MgCl2。鈦的還原性介于鋁與鋅之間，即還原性：Al＞Ti＞Zn，又因為還原性Na＞Al＞Zn＞Fe，則Na＞Al＞Ti＞Zn＞Fe，故Na、Zn、Fe三種金屬中只能選擇金屬Na代替鎂。反應方程式為：TiCl4+4Na

Ti+4NaCl。

故答案為：TiCl4+4NaTi+4NaCl；

（4）根據題意可知，TiO2作陰極，得電子，被還原得到單質Ti，則陰極電極反應式為：TiO2+4e-=Ti+2O2-。故答案為：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（5）FeC13有強的氧化性，腐蝕橡膠，且其溶液呈酸性，所以選擇酸式滴定管。用KSCN溶液作指示劑，TiO2+反應完之前溶液為無色。當反應完，再滴入1滴FeC13溶液，溶液立即變紅色，且半分鐘后溶液顏色不褪色，到達滴定終點，停止滴定。

滴定過程中消耗n(FeC13)=0.1mol/L×0.03L=0.003mol。根據反應方程式可得出TiOSO4與Fe3+的關系式：TiOSO4～Ti3+～Fe3+，即滴定過程中n(FeC13)= n(TiOSO4)= 0.003mol。原待測液為10mL，稀釋至100mL后，取2omL溶液進行滴定實驗。所以原10mL待測液中含n(TiOSO4)= 0.003mol×=0.015mol，c(TiOSO4)= =1.5 molL-1。

故答案為：酸式滴定管；溶液由無色變成紅色且半分鐘不褪色 ；1.5 molL-1．

【題型】綜合題
【結束】
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【題目】Fe3＋與CN－、F－、有機分子等形成的化合物具有廣泛的應用。

（1）Fe3＋基態核外電子排布式為________。

（2）乙�；�二茂鐵是常用汽油抗震劑，其結構如圖甲所示。此物質中碳原子的雜化方式是__________。

（3）C、N、O原子的第一電離能由大到小的順序是___________________________。

（4）配合物K3Fe(CN)6可用于電子傳感器的制作。與配體互為等電子體的一種分子的化學式為________________。已知(CN)2是直線形分子，并具有對稱性，則(CN)2中π鍵和σ鍵的個數比為__________________。

（5）F－不僅可與Fe3＋形成3－，還可以與Mg2＋、K＋形成一種立方晶系的離子晶體，此晶體應用于激光領域，其結構如圖乙所示，則該晶體的化學式為__________________________。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d5(或3d5) sp3、sp2 N>O>C CO(或N2) 4∶3 KMgF3

【解析】（1）Fe的原子序數為26，Fe3＋的基態核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5(或3d5)。

（2）根據圖中乙�；�二茂鐵的結構可知，碳原子的雜化方式有兩種。其中形成碳氧雙鍵的碳原子和五元環上的碳原子雜化方式是sp2雜化，而-CH3上的碳原子雜化方式是sp3雜化。

（3）根據元素周期律，可知同周期元素原子第一電離能隨著原子序數的增加逐漸增大，由于原子軌道上電子處于全滿、半滿和全空時較穩定，所以第ⅡA、ⅢA族以及第ⅤA、ⅥA主族存在反常，即同周期元素第ⅡA族的第一電離能大于第ⅢA族的第一電離能，第ⅤA族的第一電離能大于第ⅥA族的第一電離能，因此、、原子的第一電離能由大到小的順序是N>O>C。

（4）配合物K3Fe(CN)6的配體是CN-，有14個電子，因此與其互為等電子體的分子有兩種：CO或N2；(CN)2是直線型分子且具有對稱性，可以判斷碳氮之間形成三鍵，碳碳之間為單鍵連接，其結構式為N≡C-C≡N，因此鍵有4個，鍵有3個，個數比為。

（5）由晶胞結構圖可知：K+位于體心，F-位于棱上，Mg2+位于頂點，因此每個晶胞中有1個K+、1/4×12=3個F-，1/8×8=1個Mg2+，則該晶體的化學式為KMgF3。