钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料.制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿储量居世界首位.含有Fe2O3的钛铁矿(FeTiO3)制取TiO2的流程如下:
(1)Ti的原子序数为22,Ti位于元素周期表中第______周期,第______族.
(2)步骤①加Fe的目的是______;步骤②冷却的目的是______.
(3)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是______;考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入______处理.
(4)由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及到的步骤为:已知:
①C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-393.5kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g);△H=-566kJ•mol-1
③TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g);△H=+141kJ•mol-1则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g)的△H=______.反应TiCl4+2Mg=2MgCl+Ti 在Ar气氛中进行的理由是______.
(1)Ti位于元素周期表中第四周期ⅣB族,故答案为:四;ⅣB;
(2)铁粉的作用是为了除去混合溶液中的Fe3+;步骤②冷却的目的由操作过滤和得到的物质是FeSO4•7H2O可得,是为降低FeSO4•7H2O的溶解度,
故答案为:将Fe3+还原为Fe2+;析出(或分离、或得到)FeSO4•7H2O;
(3)得到的副产物为FeSO4•7H2O,图示水浸过程生成H2TiO3同时生成的H2SO4溶液(TiOSO4+2H2O=H2TiO3+H2SO4),应加入碱性物质处理,可以是石灰(或碳酸钙、废碱),
故答案为:FeSO4•7H2O; 石灰(或碳酸钙、废碱);
(4)依盖斯定律,将③+①×2-②可得:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(s)+2CO(g),
△H=(+141kJ•mol-1)+2×(-393.5kJ•mol-1)-(-566kJ•mol-1)=-80 kJ•mol-1,Mg是活泼金属,能与空气中多种物质反应,因此可得出Ar气作用为保护气,防止Mg和空气中物质反应,
故答案为:-80 kJ•mol-1; 防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用.