四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：
回答下列问题：
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：
2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋
2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋=2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O
Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋
加入铁屑的作用是 。
(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在 范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝ 。
(4)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式： 。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是 (只要求写出一项)。
(6)依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用 方法。
| |
TiCl4 |
SiCl4 |
| 熔点/℃ |
－25.0 |
－68.8 |
| 沸点/℃ |
136.4 |
57.6 |
(14分)CO和联氨(N2H4)的性质及应用的研究是能源开发、环境保护的重要课题。
（1）①用CO、O2和KOH溶液可以制成碱性燃料电池，则该电池反应的离子方程式为________。
②用CO、O2和固体电解质还可以制成如图1所示的燃料电池，则电极d的电极反应式为________。
（2）联氨的性质类似于氨气，将联氨通入CuO浊液中，有关物质的转化如图2所示。
①在图示的转化中，化合价不变的元素是________(填元素名称)。
②在转化过程中通入氧气发生反应后，溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。转化中当有1 mol N2H4参与反应时，需要消耗O2的物质的量为________。
③加入NaClO时发生的反应为：Cu(NH3)
＋2ClO－＋2OH－===Cu(OH)2↓＋2N2H4↑＋2Cl－＋2H2O
该反应需在80℃以上进行，其目的除了加快反应速率外，还有________、________。
（3）CO与SO2在铝矾土作催化剂、773 K条件下反应生成CO2和硫蒸气，该反应可用于从烟道气中回收硫，反应体系中各组分的物质的量与反应时间的关系如图3所示，写出该反应的化学方程式：________________。
【选做题】本题包括A、B两小题，请选定其中一小题，并在相应的答题区域内作答。若多做，则按A小题评分。
A．[物质结构与性质]
高氯酸三碳酰肼合镍{[Ni(CHZ)3](ClO4)2 }是一种新型的起爆药。
（1）Ni2+基态核外电子排布式为 。
（2）ClO4－的空间构型是 ；与ClO4－互为等电子体的一种分子为 （填化学式）。
（3）化学式中CHZ为碳酰肼，组成为CO(N2H3)2，碳酰肼中碳原子的杂化轨道类型为 ；1molCO(N2H3)2分子中含有σ键数目为 。
（4）高氯酸三碳酰肼合镍可由NiO、高氯酸及碳酰肼化合而成。NiO的晶胞结构如图所示，晶胞中含有的Ni2+数目为a，Ni2+的配位数为b，NiO晶体中每个镍离子距离最近的镍离子数目为c，则a∶b∶c＝ 。
黄铁矿（主要成分FeS2）、黄铜矿(主要成分CuFeS2)均是自然界中的常见矿物资源。
（1）Stumm和Morgan提出黄铁矿在空气中氧化的四步反应如题20图-1所示：
① a反应中每生成1molFeSO4转移电子的物质的量为 mol。
② d反应的离子方程式为 。
（2）用细菌冶铜时，当黄铜矿中伴有黄铁矿可明显提高浸取速率，其原理如题20图-2
①冶炼过程中，正极周围溶液的pH （选填：“增大”、“减小”或“不变”）
②负极产生单质硫的电极反应式为 。
|
（3）煤炭中的硫主要以黄铁矿形式存在，用氢气脱除黄铁矿中硫的相关反应（见下表），其相关反应的平衡常数的对数值与温度的关系如题20图－3。
| 相关反应 |
反应热 |
平衡常数K |
FeS2(s) + H2(g)  FeS(s) + H2S(g) |
ΔH1 |
K1 |
1/2 FeS2(s) + H2(g) 1/2Fe(s)+H2S(g) |
ΔH2 |
K2 |
| FeS(s) + H2(g)Fe(s)+H2S(g) |
ΔH3 |
K3 |
①上述反应中，ΔH1 0（选填：“＞”或“＜”）。
②提高硫的脱除率可采取的措施有 （举1例）。
③1000K时，平衡常数的对数lgK1、lgK2和lgK3之间的关系为 。
(12分)【选做题】本题包括A、B两小题，请选定其中一小题作答。若多做，则按A小题评分。
A．【物质结构与性质】
氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)及新型多相催化剂组成的纳米材料能利用可见光分解水，生成氢气和氧气。
（1）Zn2＋基态核外电子排布式为________。
（2）与水分子互为等电子体的一种阴离子是________(填化学式)。
（3）氮化镓(GaN)的晶体结构如图1所示，其中氮原子的杂化轨道类型是________；N、Ga原子之间存在配位键，该配位键中提供电子对的原子是________。
（4）ZnO是两性氧化物，能跟强碱溶液反应生成[Zn(OH)4]2－。 不考虑空间构型，[Zn(OH)4]2－的结构可用示意图表示为________。
（5）某种ZnO晶体的晶胞如图2所示，与O2－距离最近的Zn2＋有________个。
(14分)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制取硫酸，其烧渣可用来炼铁。
（1）煅烧硫铁矿时发生反应：FeS2＋O2―→Fe2O3＋SO2(未配平)。当产生448 L(标准状况)SO2时，消耗O2的物质的量为________。
（2）Fe2O3用CO还原焙烧的过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图所示。
(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的；A、B、C、D四个区域分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域)
已知：ⅰ.3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)；ΔH1＝a kJ·mol－1
ⅱ.Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)；ΔH2＝b kJ·mol－1
ⅲ.FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)；ΔH3＝c kJ·mol－1
①反应Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。
②800 ℃时，混合气体中CO2体积分数为40%时，Fe2O3用CO还原焙烧反应的化学方程式为____________。
③据图分析，下列说法正确的是________(填字母)。
a．温度低于570 ℃时，Fe2O3还原焙烧的产物中不含FeO
b．温度越高，Fe2O3还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高
c．Fe2O3还原焙烧过程中及时除去CO2有利于提高Fe的产率
（3）FeS2是Li/FeS2电池(示意图如图)的正极活性物质。
①FeSO4、Na2S2O3、S及H2O在200 ℃时以等物质的量连续反应24 h后得到FeS2。写出该反应的离子方程式：______________。
②Li/FeS2电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应为FeS2＋4Li===Fe＋4Li＋＋2S2－。该反应可认为分两步进行：第1步，FeS2＋2Li===2Li＋＋FeS22－，则第2步正极的电极反应式为____________________。
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