高中化学晶格能的应用填空题

钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO·TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料（钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂和磷酸亚铁锂LiFePO₄）的工业流程如下图所示：   

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO₃＋4H⁺＋4Cl^-＝Fe²⁺＋TiOCl₄^2-＋2H₂O
（1）化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是       。
（2）滤渣A的成分是           。
（3）滤液B中TiOCl₄^2- 转化生成TiO₂的离子方程式是                         。
（4）反应②中固体TiO₂转化成(NH₄)₂Ti₅O₁₅溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是                    。

（5）反应③的化学方程式是                                                 。
（6）由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是      。
（7）若采用钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）和磷酸亚铁锂（LiFePO₄）作电极组成电池，其工作原理为：Li₄Ti₅O₁₂＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄
该电池充电时阳极反应式是                                           。

二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等，二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。
Ⅰ．二氧化钛可由以下两种方法制备：
方法1：可用含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）制取，其主要流程如下：

（1）Fe₂O₃与H₂SO₄反应的离子方程式是_________________________________。
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有__________________。
（3）加Fe的作用是_________________________________。
方法2：TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，过滤、水洗除去其中的Cl^－，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛。
（4）① TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O的化学方程式为_______________________________；
② 检验TiO₂·x H₂O中Cl^－是否被除净的方法是______________________________。
Ⅱ．二氧化钛可用于制取钛单质
（5）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：

反应②的方程式是        ，该反应需要在Ar气氛中进行，请解释原因：_____________。

工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO₂的工艺流程如下：

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

请问答下列问题：     
（1）酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是                  。
（2）酸浸后的溶液中含有Mn²⁺、 SO₄^2-，另含有少量Fe²⁺、Fe³⁺．A1³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺等，其除杂过程如下：
①加入MnO₂将Fe²⁺氧化，其离子反应方程式为                         。  
②加入CaO将溶液的pH调到5.2～6.0，其主要目的是                            。
③加入BaS，除去Cu^2~、Pb²⁺后，再加入NaF溶液，除去                    。
（3）从溶液A中回收的主要物质是             ，该物质常用作化肥。 
（4）MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸处理，将其转化为MnSO₄和MnO₂，然后再用氧化剂将Mn²⁺转化为MnO₂，制得优质MnO₂。写出Mn₃O₄与稀硫酸反应韵化学方程式：
                              。

硫酸锌是制备荧光粉的原料之一。工业上由锌白矿（主要成分是ZnO，还含有Fe₂O₃、CuO、SiO₂等杂质）制备ZnSO₄•7H₂O的流程如下。

已知：常温下，溶液中的Fe³⁺、Zn²⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为：3.7，6.5，9.7。
（1）浸取过程中提高浸出效率可采用的措施有　　（任答一条），
ZnO和硫酸反应的化学方程式为　　。
（2）加入适量锌粉的作用为：①使溶液中的Fe³⁺转化为Fe²⁺；②　　。
（3）氧化过程中H₂O₂发生反应的离子方程式为　　。
（4）加入适量Ca(OH)₂调节溶液pH，促进Fe³⁺水解，Fe³⁺水解反应的平衡常数表达式
K＝　　，Ca(OH)₂不能过量的原因是　　。

下图是工业上生产碳酸锂的部分工艺流程，请根据流程图及已知信息回答问题。

②
③几种物质不同温度下的溶解度。

（1）从滤渣1中分离出Al₂O₃的部分流程如下图所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得到的物质。写出图中①、②、③表示的各物质，步骤II中反应的离子方程式是       。

（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）₂和CaCO₃，写出生成滤渣2反应的离子方程式：
                      。
（3）向滤液2中加入饱和Na₂CO，溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是        。
（4）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如下。
①将粗产品Li₂CO₃溶于盐酸作用解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择半透膜隔开，用惰性电极电解。阳极的电极反应式是          。
②电解后向产品LiOH溶液中加入过量NH₄HCO，溶液生成Li₂CO₃反应的化学方程式是    。

世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色” 消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备C1O₂的流程如下：

（1）C1O₂中所有原子________(填“是”或“不是”）都满足8电子结构。上图所示电解法制得的产物中杂质气体B能使石蕊试液显蓝色，除去杂质气体可选用________
A．饱和食盐水B．碱石灰 C．浓硫酸D．蒸馏水
（2）稳定性二氧化氯是为推广二氧化氯而开发的新型产品，下列说法正确的是________(填选项字母）。
A．二氧化氯可广泛用于工业和饮用水处理
B．二氧化氯应用在食品工业中能有效地延长食品贮藏期
C．稳定性二氧化氯的出现大大增加了二氧化氯的使用范围
D．在工作区和成品储藏室内，要有通风装置和检测及警报装置
（3）欧洲国家主要采用氯酸钠氧化浓盐酸制备，化学方程式为________。此法缺点主要是产率低、产品难以分离，还可能污染环境。
（4）我国广泛采用经干燥空气稀释的氯气与固体亚氯酸钠(NaClO₂)反应制备，化学方程式为________此法相比欧洲方法的优点是________。
（5）科学家又研究出了一种新的制备方法，利用硫酸酸化的草酸(H₂C₂O₄)溶液还原氯酸钠，化学方程式为________。此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是_________

氧化铜矿石含有CuO和Cu₂(OH) ₂CO₃，还含有Fe₂O₃、FeO和SiO₂等。铜、铁是畜禽所必需的微量元素。某饲料厂联合生产硫酸铜和硫酸亚铁工艺流程如下：
 
（1）氧化铜矿石粉碎的目的是                。
（2）写出“酸浸”中Cu₂(OH) ₂CO₃发生反应的离子方程式           。
（3）“中和/过滤”中加入CaCO₃的目的是                       。
（4）上述工艺流程中多处涉及“过滤”，实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有   。
（5）加入铁屑的作用是        、        。
（6）下表和下图为“烘干粉碎”的试验结果。

序号	t/h	t/℃	m/g	x
1	3	80	5	4
2	3	160	10	1
3	4	160	10	0.8
4	4	160	5	0
5	5	80	5	3
6	5	160	15	1

硫酸铜晶体(CuSO₄·5H₂O)干燥试验表

硫酸亚铁干燥曲线图
表中，m为CuSO₄·5H₂O晶体的质量，x为干燥后所得晶体中结晶水的个数。据此可确定由CuSO₄·5H₂O和FeSO₄·7H₂O脱水得流程中所示产品的适宜工艺条件分别为        ，           （分别指出两条件的温度和时间）。

过氧化钙晶体[CaO₂·8H₂O]较稳定，呈白色，微溶于水，能溶于酸性溶液。广泛应用于环境杀菌、消毒等领域。
★过氧化钙晶体的制备
工业上生产CaO₂·8H₂O的主要流程如下：

（1）用上述方法制取CaO₂·8H₂O的化学方程式是                   。
（2）沉淀时常用冰水控制温度在10℃以下和通入过量的NH₃，其可能原因分别是
①                   ；②                   。
★过氧化钙晶体含量的测定
准确称取0.3000g产品于锥形瓶中，加入30 mL蒸馏水和10 mL 2.000 mol·L^－1 H₂SO₄，用0.0200 mol·L^—1KMnO₄标准溶液滴定至终点。重复上述操作两次。H₂O₂和KMnO₄反应的离子方程式为2MnO₄^－＋5 H₂O₂＋6H⁺ ＝2Mn²⁺＋5O₂↑＋8H₂O
（3）滴定终点观察到的现象为          。
（4）根据表1数据，计算产品中CaO₂·8H₂O的质量分数（写出计算过程）

滴定次数	样品的质量/g	KMnO4溶液的体积/mL
滴定前刻度/mL	滴定后刻度/mL
1	0.3000	1.02	24.04
2	0.3000	2.00	25.03
3	0.3000	0.20	23.24

表1. KMnO₄标准溶液滴定数据

实验室模拟回收某废旧含镍催化剂（主要成分为NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生产Ni₂O₃。其工艺流程为：

  
图Ⅰ                                图Ⅱ
（1）根据图Ⅰ所示的X射线衍射图谱，可知浸出渣含有三种主要成分，其中“物质X”为     。图Ⅱ表示镍的浸出率与温度的关系，当浸出温度高于70℃时，镍的浸出率降低，浸出渣中Ni(OH)₂含量增大，其原因是     。
（2）工艺流程中“副产品”的化学式为     。
（3）已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ni(OH)2
开始沉淀的pH	1.5	6.5	7.7
沉淀完全的pH	3.7	9.7	9.2

 
操作B是为了除去滤液中的铁元素，某同学设计了如下实验方案：向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为3.7～7.7，静置，过滤。请对该实验方案进行评价：     （若原方案正确，请说明理由；若原方案错误，请加以改正）。
（4）操作C是为了除去溶液中的Ca²⁺，若控制溶液中F^－浓度为3×10^－3 mol·L^－1，则Ca²⁺的浓度为     mol·L^－1。（常温时CaF₂的溶度积常数为2.7×10^－11）
（5）电解产生2NiOOH·H₂O的原理分两步：①碱性条件下Cl^－在阳极被氧化为ClO^－；②Ni²⁺被ClO^－氧化产生2NiOOH·H₂O沉淀。第②步反应的离子方程式为     。

氮化硅（ Si₃N₄）是一种优良的高温结构陶瓷，在工业生产和科技领域有重要用途．
I．工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法有：
方法一：直接氮化法：在1300℃－1400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为
                                                                  。
方法二：化学气相沉积法：在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HC1，与方法一相比，用此法制得的氮化硅纯度较高，其原因是                  ．
方法三：Si（NH₂）₄热分解法：先用四氯化硅与氨气反应生成Si（NH₂）₄和一种气体（填分子式）________；然后使Si（NH₂）₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为              。
II．工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：

已知：X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色．
（1）原料B的主要成分是（写名称）                                 。
（2）写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式：                           。
（3）上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu               （填“能”或“不能”），写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式：
阳极：                            ；阴极：                           。

电镀污泥中含有Cr(OH)₃、Al₂O₃、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收Na₂Cr₂O₇等物质。

已知：水浸后溶液中存在Na₂CrO₄、NaAlO₂、Na₂ZnO₂等物质
（1）水浸后的溶液呈____性（“酸”、“碱”、“中”）。
（2）完成氧化焙烧过程中生成Na₂CrO₄的化学方程式：
____Cr(OH)₃+____Na₂CO₃+_____ = ____Na₂CrO₄+___CO₂+_____
（3）滤渣II的主要成分有Zn(OH)₂、___________________________________。
（4）“系列操作”中为：继续加入H₂SO₄，________冷却结晶，过滤。继续加入H₂SO₄目的是________________________。
已知：①除去滤渣II后，溶液中存在如下反应：2CrO₄²ˉ+2H⁺Cr₂O₇²ˉ+H₂O
②Na₂Cr₂O₇、Na₂CrO₄在不同温度下的溶解度如下表

温度 化学式	20℃	60℃	100℃
Na2SO4	19.5	45.3	42.5
Na2Cr2O7	183	269	415
Na2CrO4	84	115	126

 
（5）工业上还可以在水浸过滤后的溶液（Na₂CrO₄）加入适量H₂SO₄，用石墨做电极电解生产金属铬，写出生成铬的电极反应方程式____________________________。

工业利用精炼镁渣（含有MgO、KCl、MgCl₂、BaCl₂、CaCl₂、FeCl₃等杂质）回收MgCl₂的工业流程如下：

已知：25℃时有关物质的溶度积如下：

物质	CaCO3	MgCO3	BaCO3	Mg(OH)2	Fe (OH)3
Ksp	4.96×10^－^9	6.82×10^－^6	5.1×10^－^9	5.61×10^－^12	2.64×10^－^38

 
回答下列问题：
（1）写出溶解时的离子方程式                                     
（2）溶解时温度不能太高，也不宜太低，要求控制在35℃左右，其理由是             
（3）操作I包含多个操作，分别为                     过滤，洗涤，烘干。烘干时需要减压烘干，原因是                                                       。
（4）为减少Na₂CO₃的用量和提高产品质量，在中和工序（中和后溶液接近中性）结束前要检验溶液中是否存在      离子，选择检验该离子的原因是                   。
（5）母液的主要成分                      。

TiO₂俗称钛白粉，用途广泛，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。工业上利用TiO₂制备金属钛的流程如下。

已知：I．
Ti(s)＋O₂(g)=TiO₂(s)                       △H=－946 kJ·mol^－1
2C(s)＋O₂(g)=2CO(g)                       △H=－221 kJ·mol^－1
Ti(s)＋2Cl₂(g)=TiCl₄(g)                    △H=－815 kJ·mol^－1
II．某温度下各物质的沸点如下：

物质	TiCl4	FeCl3	SiCl4	AlCl3
沸点/℃	136	310	56.5	180

 
回答下列问题：
（1）在氯化工序中发生反应：TiO₂(s)+2Cl₂(g)+2C(s)TiCl₄(g)+2CO (g) 。试计算其反应的△H=       kJ•mol^－1；反应的平衡常数表达式K=             ，在下图中作出TiCl₄达到平衡后百分含量随温度的变化趋势图。

（2）氯化过程中带入的副产物有FeCl₃、SiCl₄和AlCl₃，可用      方法获得较纯净的TiCl₄。
（3）TiO₂与Cl₂反应：TiO₂（s）+2Cl₂（g）TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ•mol^－1。该反应在高温条件下但难以发生，但加入碳后反应能顺利进行，试解析上述原因                                        
(4)还原工序要在惰性气体的气氛中进行的理由是_______________________。
（5）制取Ti的新工艺是用二氧化钛作阴极，以石墨为阳极，以CaCl₂熔盐做电解质（在熔融状态下能传导O^2－），电解而得到Ti，该工艺具有操作简单，成本低，无污染等优点，写出电解制备金属钛时阴极的电极反应式：               。

回收再利用锗产品加工废料，是生产GeO₂的重要途径，其流程如下图：

（1）Ge²⁺与氧化剂H₂O₂反应生成Ge⁴⁺，写出该反应的离子方程式                。
（2）蒸馏可获得沸点较低的GeCl₄，在此过程中加入浓盐酸的原因是                       。实验室蒸馏操作时常用的玻璃仪器有：酒精灯、蒸馏烧瓶、      、       、接收管、锥形瓶等。
（3）GeCl₄水解生成GeO₂·nH₂O，此过程用化学方程式可表示为                                     。
温度对GeCl₄的水解率产生的影响如图1所示，其原因是                  。 为控制最佳的反应温度，实验时可采取的措施为       （填序号）。

A．用冰水混合物      B．49℃水浴      C．用冰盐水
（4）结合Ge在元素周期表中的位置及“对角线”法则，分析GeO₂溶解率随pH 变化的原因                        ，用离子方程式表示pH＞8时GeO₂溶解率增大可能发生的反应                             。

pH	4	5	6	7	8	9
溶解率/%	47.60	32.53	11.19	5.27	1.96	8.85

 

酸性条件下，锡在水溶液中有Sn²⁺、Sn⁴⁺两种主要存在形式。SnSO₄是一种重要的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业，其制备的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1） SnCl₂用盐酸而不用水直接溶解的原因是                                 ，加入锡粉的作用是                                                         。
（2） 反应I生成的沉淀为SnO，写出该反应的化学方程式：
                                                                         。
（3） 检验沉淀已经“洗涤”干净的操作是：                                     。
（4）反应II硫酸的作用之一是控制溶液的pH。若溶液中c(Sn²⁺)=1.0mol·L^－1，则室温下应控制溶液pH              。（已知：K_sp[Sn(OH)₂]=1.0×10^－26）
（5）酸性条件下，SnSO₄还可用作双氧水的去除剂，试写出所发生反应的离子方程式：
                                                                        。
（6）潮湿环境中，镀锡铜即使锡层破损也能防止形成铜绿，请结合有关的原理解释其原因：                                                                。