3.钛酸亚铁(FeTiO3)可用来冶炼金属钛(未来将替代钢铁),其中钛元素的化合价是

钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，加入铁屑，可防止Fe2+氧化，溶液Ⅰ中含有FeSO4和TiOSO4，溶液Ⅱ主要含有TiOSO4，加入水，加热可水解生成H2TiO3，经煅烧可生成TiO2，用氯气、碳反应可生成TiCl4，高温条件下与...

点评：
本题考点： 物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用．

考点点评： 本题考查物质的制备实验方案的设计，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，难度中等，注意把握实验的基本原理和物质的性质．

（1）故答案为：步骤②中，用铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺的反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案为：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到，故答案为：b；
（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液，故答案为：过滤；
（4）④中使用热水的目的是促进TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，分离出固体加热得到TiO₂；溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O⇌H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，
平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
故答案为：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O⇌H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃．
（5）利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO₂）反应生产硫酸锰（MnSO₄，易溶于水），利用二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子为三价铁离子，反应的离子方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（6）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定条件
.
Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
或：制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca²⁺+4e^-═2Ca阳极：2O^2--4e^-═O₂↑；2Ca+TiO₂

一定条件
.
Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
故答案为：制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定条件
.
Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．

点评：
本题考点： 制备实验方案的设计；电解原理；物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用．

考点点评： 本题考查了物质分离的流程分析判断，物质性质的应用，离子性质的应用，分离操作的方法，氧化还原反应的离子方程式的书写方法，电解池原理的应用，电极反应的书写原则．

（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO₄中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO₄中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）亚铁离子易被氧化为铁离子，加入金属铁可以防护被氧化，所以A是金属铁，根据流程，所得到的副产物是绿矾，可回收利用的物质是硫酸；
故答案为：Fe；绿矾和硫酸；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar气氛中进行；
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（4）已知反应a、TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（g）+2CO（g）△H₁=-72kJ•mol^-1
b、TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）+O₂（g）△H₂=+38.8kJ•mol^-1
c、C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₃=+282.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律，反应C（s）+O₂（g）=CO₂（g）可以看成是a-b-c获得，所以该化学反应的焓变△H=-72kJ•mol^-1-282.8kJ•mol^-1-38.8kJ•mol^-1=-393.6 kJ/mol，
故答案为：-393.6 kJ/mol；

点评：
本题考点： 物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用；热化学方程式．

考点点评： 本题考查学生化学反应的方向以及元素化合物的性质知识，注意知识的归纳和整理是解题的关键，难度中等．

（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO₄中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO₄中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）亚铁离子易被氧化为铁离子，加入金属铁可以防护被氧化，所以A是金属铁，根据流程，所得到的副产物是绿矾，可回收利用的物质是硫酸，故答案为：Fe；绿矾和硫酸；
（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar气氛中进行，
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（4）①根据反应能否自发进行的判据△H-T△S，△H＞0，所以高温下才自发进行，说明该反应的△S＞0（或熵增加），故答案为：△S＞0（或熵增加）；
②已知反应a、TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（g）+2CO（g）△H₁=-72kJ•mol^-1
b、TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）+O₂（g）△H₂=+38.8kJ•mol^-1
c、C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H₃=+282.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律，反应C（s）+O₂（g）=CO₂（g）可以看成是a-b-c获得，所以该化学反应的焓变△H=-72kJ•mol^-1-282.8kJ•mol^-1-38.8kJ•mol^-1=-393.6 kJ/mol，
故答案为：-393.6 kJ/mol．

点评：
本题考点： 金属冶炼的一般原理；用盖斯定律进行有关反应热的计算；焓变和熵变．

考点点评： 本题考查学生化学反应的方向以及元素化合物的性质知识，注意知识的归纳和整理是解题的关键，难度不大．

（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO₃，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO₄中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO₄中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar气氛中进行，
故答案为：防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气（或氮气、二氧化碳）作用；
（3）浓硫酸具有强氧化性，与Fe²⁺反应生成Fe³⁺，加入铁粉可将Fe³⁺还原成Fe²⁺，所以物质A是Fe；过滤后滤液中含有FeSO₄，结晶后可得到FeSO₄•7H₂O晶体，由工艺流程图及题中信息可知上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物及可回收利用的物FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄，
故答案为：Fe；FeSO₄•7H₂O、Fe、H₂SO₄；
（4）氯气、二氧化钛和焦炭在高温下反应，氯气具有氧化性，碳具有还原性，由工艺流程图及题中信息可知生成物为四氯化钛和一氧化碳，根据反应前后元素种类不变，反应的化学方程式为：2Cl₂+TiO₂+2C

高温
.
TiCl₄+2CO，
故答案为：2Cl₂+TiO₂+2C

高温
.
TiCl₄+2CO；
（5）如果取钛铁矿At，生产出钛Bt，根据钛没有损耗，所以生产出的钛的质量等于钛铁矿中钛元素的质量，所以钛铁矿中钛的质量分数[B/A]×100%，
故答案为：[B/A]×100%；

点评：
本题考点： 物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用；制备实验方案的设计．

考点点评： 本题考查以钛铁矿为主要原料冶炼金属钛工艺流程，注意分析流程各反应物的转化是解答的关键，题目难度中等．

A、①反应前后无化合价的变化，不是氧化还原反应，故A错误；
B、反应②前后无元素化合价的变化，不是氧化还原反应，故B错误；
C、反应④中 钛元素化合价无变化，故C错误；
D、反应⑤钛元素从+4价变化为0价，做氧化剂，故D正确；
故选D．

点评：
本题考点： 氧化还原反应．

考点点评： 本题考查氧化反应、化合价、反应类型及原子与离子的关系，考查知识点全面，题目适中．

（1）用铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺的反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到，故答案为：b；
（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液，故答案为：过滤；
（4）利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO₂）反应生产硫酸锰（MnSO₄，易溶于水），利用二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子为三价铁离子，反应的离子方程式为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（5）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②阴极上电极反应式为：2Ca²⁺+4e^-═2Ca，阳极上电极反应为：2O^2--4e^-=O₂↑，电解槽中发生反应：2CaO

通电
.
2Ca+O₂↑，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO，在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不变，故答案为：电解槽中发生反应：2CaO

通电
.
2Ca+O₂↑，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO，在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不变；
（6）如果取钛铁矿4t，生产出16吨的二氧化钛，其中钛元素的质量是16×[48/80]×100%=9.6t，所以钛铁矿中钛的质量分数[9.6/4]×100%=24%，
故答案为：24%．

点评：
本题考点： 物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用；电解原理．

考点点评： 本题考查了物质分离的流程分析判断，物质性质的应用，离子性质的应用，分离操作的方法，氧化还原反应的离子方程式的书写方法，电解池原理的应用，电极反应的书写原则．

根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得钛酸亚铁（FeTiO₃）中钛元素的化合价为：
（+2）+x+（-2）×3=0，x=+4；故选D．

点评：
本题考点： 化学式的书写及意义；常见元素与常见原子团的化合价；化合价规律和原则．

考点点评： 本题考查学生根据在化合物中正负化合价代数和为零计算指定元素化合价的解题能力．