| 金属矿物的开发及利用 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修二

第四章 化学与可持续发展

第一节 开发利用金属矿物和海水资源

金属矿物的开发及利用

联合多种工业制备是节能环保,高效生产,减少损耗的重要途径。钛和钛合金性能优良,广泛用于航空、造船和化学工业中。以钛铁矿(主要成分为$\text{FeTi}{{\text{O}}_{3}}$,含有少量的$\text{CaO}$$\text{F}{{\text{e}}_{2}}{{\text{O}}_{3}}$$\text{Si}{{\text{O}}_{2}}$)为主要原料制取$\text{Ti}$和绿矾,同时联合氯碱工业生产甲醇的工艺流程如图所示。

基态$\rm Ti$的价层电子轨道表示式为                

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基态$\rm Ti$的价层电子排布式为:$\rm 3d^{2}4s^{2}$,轨道表示式为:

“酸浸”时,$\text{FeTi}{{\text{O}}_{3}}$转化为$\text{Ti}{{\text{O}}^{2+}}$,铁元素的价态不改变,发生的主要反应的化学方程式为                ;“滤渣”的主要成分是                

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$\\rm FeTiO_{3}+2H_{2}SO_{4}=FeSO_{4}+TiOSO_{4}+2H_{2}O$$\\rm SiO_{2}$$\\rm CaSO_{4}$

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“酸浸”时$\rm FeTiO_{3}$转化为$\rm TiO^{2+}$,铁元素的价态不改变,$\rm Fe$元素生成$\rm FeSO_{4}$,发生的主要反应的化学方程式为$\rm FeTiO_{3}+2H_{2}SO_{4}=FeSO_{4}+TiOSO_{4}+2H_{2}O$,滤渣的主要成分是$\rm SiO_{2}$$\rm CaSO_{4}$

由“工序①”得到绿矾需用乙醇溶液洗涤,其优点是                

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降低绿矾的溶解度以减少溶解损失,且低温烘干时乙醇更容易挥发

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绿矾能溶于水,不溶于酒精,对所得到的绿矾晶体用乙醇溶液洗涤,用乙醇溶液洗涤绿矾的优点为:降低绿矾的溶解度以减少溶解损失,且低温烘干时乙醇更容易挥发;

“加热”过程中$\text{Ti}{{\text{O}}^{2+}}$转化为${{\text{H}}_{2}}\text{Ti}{{\text{O}}_{3}}$沉淀,写出该反应的离子方程式                

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$\\text{Ti}{{\\text{O}}^{2+}}\\text{+2}{{\\text{H}}_{\\text{2}}}\\text{O}\\begin{matrix} \\underline{\\underline{\\triangle}} \\\\ {} \\\\ \\end{matrix}{{\\text{H}}_{\\text{2}}}\\text{Ti}{{\\text{O}}_{\\text{3}}}\\text{+2}{{\\text{H}}^{+}}$

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“加热”过程中$\text{Ti}{{\text{O}}^{2+}}$水解转化为${{\text{H}}_{2}}\text{Ti}{{\text{O}}_{3}}$沉淀,该反应的离子方程式$\text{Ti}{{\text{O}}^{2+}}\text{+2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\begin{matrix} \underline{\underline{\triangle }} \\ {} \\ \end{matrix}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{Ti}{{\text{O}}_{\text{3}}}\text{+2}{{\text{H}}^{+}}$

下列有关“工序②”和“还原②”步骤的说法正确的是                (填标号)。

$\rm a$.“工序②”发生反应$\rm \text{Ti}{{\text{O}}_{2}}+2\text{C}{{\text{l}}_{2}}+\text{C}\begin{matrix} \underline{\underline{高温}} \\ {} \\ \end{matrix}\text{TiC}{{\text{l}}_{4}}+\text{C}{{\text{O}}_{2}}$

$\rm b$.“还原②”可以用氮气做保护气

$\rm c$.铝热反应制锰与“还原②”冶炼制钛方法相似

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$\\rm c$

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$\rm a$.由分析可知,工序②中加入焦炭、$\rm Cl_{2}$得到$\rm TiCl_{4}$,同时生成气体$\rm C$$\rm CO$,化学方程式为$\rm \text{Ti}{{\text{O}}_{2}}+2\text{C}{{\text{l}}_{2}}+2\text{C}\begin{matrix} \underline{\underline{高温}} \\ {} \\ \end{matrix}\text{TiC}{{\text{l}}_{4}}+2\text{CO}$,故$\rm a$错误;

$\rm b$$\rm N_{2}$$\rm Mg$在高温下要反应,故不能用$\rm N_{2}$作保护气,故$\rm b$错误;

$\rm c$.铝热反应制锰与“还原②”冶炼制钛都是用较活泼金属为还原剂,在高温下冶炼比它不活泼的金属,原理相似,故$\rm c$正确;

该流程中能循环利用的物质有                (填化学式)。

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$\\rm H_{2}$$\\rm Cl_{2}$$\\rm CO$

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由路程图可知$\rm A$$\rm B$$\rm C$均是可以循环利用的物质,即为$\rm H_{2}$$\rm Cl_{2}$$\rm CO$

钛与卤素形成的化合物$\mathrm{TiX}_4$的熔点如表所示。

$\mathrm{TiX}_4$$\text{Ti}{{\text{F}}_{4}}$$\text{TiC}{{\text{l}}_{4}}$$\text{TiB}{{\text{r}}_{4}}$$\text{Ti}{{\text{I}}_{4}}$
熔点$\rm /^\circ\rm C$$\rm 377$$\rm -24$$\rm 38.3$$\rm 153$

解释$\mathrm{TiX}_4$熔点差异的原因                

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$\\rm iF_{4}$为离子晶体,熔点最高,$\\rm TiCl_{4}$$\\rm TiBr_{4}$$\\rm TiI_{4}$为分子晶体,其相对分子质量增大,分子间范德华力增大,熔点越高

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$\rm TiF_{4}$为离子晶体,熔点最高,$\rm TiCl_{4}$$\rm TiBr_{4}$$\rm TiI_{4}$为分子晶体,其相对分子质量增大,分子间范德华力增大,熔点越高。

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