综合题15.0分
化学

钛被称为“二十一世纪金属”,工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下:

已知:TiOSO4遇水会水解。

请回答下列问题:

26.操作I的实验步骤为:                                 。副产品主要成分的化学式为            

27.请结合化学用语解释将TiO2+转化为H2TiO3的原理                          

28.已知钛的还原性介于铝与锌之间,估计钛能耐腐蚀的原因之一是___________。如果可从Na、Zn、Fe三种金属中选一种金属代替流程中的镁,那么该金属跟四氯化钛反应的化学方程式是              

29.电解TiO2来获得Ti是以TiO2作阴极,石墨为阳极,熔融CaO为电解质,用碳块作电解槽池,其阴极反应的电极反应式是                                  

30.高铁碱性电池开始应用于电动汽车,它能储存比普通碱性电池多50%的电能。

已知该电池的总反应:2K2FeO4+3Zn = Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2

放电时,负极反应式为                                                      

充电时,阳极反应式为                                                      

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

蒸发浓缩、冷却结晶;FeSO4

解析

操作1的实验步骤为:蒸发浓缩、冷却结晶,加入过量铁屑后溶液中含有Fe2+离子,则过滤后可得FeSO4•7H2O(或FeSO4),副产品主要成分的化学式为FeSO4

故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;FeSO4

考查方向

本题考查物质的提纯与分离,在近几年的各省高考题出现的频率较高。

解题思路

用浓硫酸处理钛铁矿,并向所得溶液中加入大量水稀释后加入过量铁粉还原铁离子,过滤得到滤液通过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到TiO2+滤液,和副产品FeSO4,滤液中加入水加热过滤得到H2TiO3,H2TiO3加热灼烧得到TiO2,加入氯气、过量碳高温加热反应生成TiCl4和一氧化碳,四氯化钛和金属镁高温加热反应得到氯化镁和钛金属.

操作1经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到TiO2+滤液和副产品FeSO4

易错点

实验步骤

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,当加热升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3

解析

加热的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3,分离出固体加热得到TiO2;溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,当加热升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3

故答案为:溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,当加热升温后,平衡正向移动,生成H2TiO3

考查方向

本题考查盐类水解平衡的移动,在近几年的各省高考题出现的频率较高。

解题思路

依据溶液中存在平衡:TiO2++2H2OH2TiO3+2H+,平衡影响因素和平衡移动原理分析判断;

易错点

TiO2+的水解方程式

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

钛表面形成一层致密的氧化膜(或钛的内部结构紧密);TiCl4+4NaTi+4NaCl

解析

钛的还原性介于铝与锌之间,氧化铝是一层致密的氧化膜,估计钛能耐腐蚀的原因钛表面形成一层致密的氧化膜(或钛的内部结构紧密);活泼金属钠可以将金属钛置换出来:TiCl4+4NaTi+4NaCl,Zn、和Fe都是不可以的,活泼性差,

故答案为:钛表面形成一层致密的氧化膜(或钛的内部结构紧密);TiCl4+4NaTi+4NaCl;

考查方向

本题考查金属的活泼性、金属的冶炼,在近几年的各省高考题出现的频率较高。

解题思路

根据金属铝的氧化物的性质结合信息来回答,金属钠的活泼性强,可以用于金属的冶炼;

易错点

钛的耐腐蚀原因

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

TiO+4e-=Ti+2O2-

解析

因TiO2作阴极,得到电子,被还原,TiO+4e-=Ti+2O2-,得到单质Ti,

故答案为:TiO+4e-=Ti+2O2-

考查方向

本题考查电解原理,在近几年的各省高考题出现的频率较高。

解题思路

根据电解原理:阴极上是发生得电子的还原反应;

易错点

应用电解原理分析电极反应

第5小题正确答案及相关解析

正确答案

3Zn-6e-+10OH-=2ZnO22-+ZnO+5H2O;Fe2O3+10OH--6e-═2FeO42-+5H2O

解析

原电池负极被氧化,由总方程式可知负极锌被氧化生成氧化锌,电极方程式为:3Zn-6e-+10OH-=2ZnO22-+ZnO+5H2O;充电时,阳极反应是氧化铁失电子发生氧化反应,反应方程式为Fe2O3+10OH--6e-═2FeO42-+5H2O,

故答案为:3Zn-6e-+10OH-=2ZnO22-+ZnO+5H2O;Fe2O3+10OH--6e-═2FeO42-+5H2O

考查方向

本题考查原电池、电解池的工作原理,在近几年的各省高考题出现的频率较高。

解题思路

负极锌被氧化,根据总方程式可知,锌失去电子生成ZnO22-、ZnO;充电时,阳极反应是失电子发生氧化反应,结合电解质溶液是碱性溶液,用氢氧根离子配平电极反应;

易错点

应用原电池原理和电解池原理分析电极反应式