钛及钛的化合物-高考化学考前专项练习试题（含解析）

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钛及钛的化合物
共13题，满分100分
题号 一 二 总分
得分
注意事项：
1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2．请注意保持试卷整洁
一、单选题（共50分）
1．（本题5分）二氧化钛()是一种重要的工业原料，某学习小组由酸性含钛废液(含、、、)制备的主要流程如下，已知不溶于水和硫酸。下列说法正确的是
A．加入铁粉时可以加热，温度越高越好
B．“结晶”的操作是：蒸发结晶，趁热过滤
C．“洗涤”时先将沉淀转移至烧杯中再加入洗涤剂
D．该方法中可以循环使用
2．（本题5分）发展改变生活。下列说法不正确的是
A．T-碳()是一种碳的三维结构晶体，其与互为同位素
B．“天问一号”中形状记忆合金的两种金属都属于过渡金属
C．“祝融号”火星探测器上使用的钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特性
D．清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片——天机芯的主要材料是硅单质
3．（本题5分）钛铁矿( FeTiO3)制取金属钛的流程如图所示(已知TiCl4为无色液体，极易水解；Ti3+的还原性强于Fe2+)
下列说法正确的是
A．钛铁矿( FeTiO3)中Ti的化合价是+3
B．氯化过程中反应2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+ 2TiCl4
C．镁与TiCl4置换时可以用氮气做保护气
D．制取金属钛时可以用Na与TiCl4溶液反应
4．（本题5分）化学与生产生活密切相关，下列说法不正确的是
A．在室外大雪的时候可以用作融雪剂，原因是因为其溶解的时候可以放热
B．铬是硬度最高的金属，常在不锈钢中添加
C．为半导体，可做新型太阳能电池主要材料
D．氧化镁在工业生产中常用作耐火材料
5．（本题5分）化学推动着社会的进步和科技的创新，下列说法错误的是
A．晶体的X射线衍射实验无法获得键长和键角的数值
B．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛元素属于第ⅣB族元素
C．抗击新冠疫情时，84消毒液、二氧化氯泡腾片都可作为环境消毒剂
D．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料
6．（本题5分）二氧化钛()是一种重要的工业原料，某学习小组由酸性含钛废液(含、、、)制备的主要流程如下，已知不溶于水和硫酸。下列说法正确的
A．加入铁粉时可以加热，温度越高越好 B．结晶时可在坩埚中蒸干溶剂获得绿矾
C．“洗涤”时先将沉淀转移至烧杯中再加入洗涤剂 D．该方法中可以循环使用
7．（本题5分）钛酸亚铁()在高温下经氯化得到四氯化钛，再制取金属钛的流程如图所示(已知电负性Ti：1.54，F：3.98，Cl：3.16)：

下列说法正确的是
A．氯化过程中，每消耗6 mol碳单质，转移电子14 mol
B．氯化过程中，既是氧化剂也是还原剂
C．相对分子质量：，熔点：
D．制取金属钛时也可以选用隔绝空气
8．（本题5分）钛(熔点为1668℃)广泛应用于生活和科技等各领域，用镁还原制取金属钛是钛生产的重要方法，其简化工艺流程如下，下列说法错误的是
A．工业上，一般选择电解熔融制备金属
B．“高温还原”时，发生反应的化学方程式为
C．“真空蒸馏”的目的是为了降低单质和的沸点，使其气化分离出去
D．“电解”时，阴极上生成单质a，可用作其他联产过程的氧化剂
9．（本题5分）化学与生活密切相关。下列说法错误的是
A．明矾净水时有杀菌消毒的作用
B．硅胶可用作食品的干燥剂
C．钛合金可用于飞机、人造卫星和宇宙飞船等领域
D．漂白粉和洁厕灵不能混合使用
10．（本题5分）金属钛有“未来金属”之称，具有低密度、高硬度等性能，化学性质稳定。钛的化合价主要有+4价和+3价，其中+3价钛极易被氧化。下列有关说法不正确的是
A．钛元素位于周期表第四周期 B．化学性质不稳定
C．(钛酸亚铁)中钛的化合价为+3价 D．钛及其合金可广泛应用于航空领域
二、解答题（共50分）
11．（本题15分）氯化钛()可用于制造烟幕、织物媒染剂、人造珍珠等。常温下为无色液体，沸点为136℃，与水剧烈反应产生白烟。实验室利用反应制备的装置如图所示。

在制备时，对原料及装置的干燥程度要求很高。回答下列问题：
(1)若分别用与作氧化剂与盐酸反应制备，当获得等量的时消耗的氧化剂物质的量之比为 。
(2)B中试剂的作用为 。
(3)干燥管D中的试剂可以是 ，装置E中棉花球的作用为 。
(4)与水剧烈反应产生的白烟为，写出反应的化学方程式 。
(5)实验中发现F中有少量白烟产生，为避免此现象，改进措施是 。
(6)实验结束后，取下A装置后应进行的操作为 ；G中发生反应的离子方程式为： 。
12．（本题15分）我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球壳是用钛合金制造的。TiCl4是制备金属钛的重要中间体。某小组同学利用如下装置在实验室制备TiCl4 (夹持装置略去)。
已知：TiCl4易挥发，高温时能与O2反应，不与HCl反应，易水解生成白色沉淀，熔点-24℃，沸点136.4℃。
回答下列问题：
(1)A装置分液漏斗上方的胶皮管的作用是 。
(2)装置B中盛装的试剂为 ，装置B中长玻璃管的作用为 。
(3)装置C中除生成TiCl4外，还生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为 。
(4)在通入Cl2前，先打开开关k，从侧管持续通入一段时间的CO2气体的目的是 。
(5)装置E中盛装试剂为浓硫酸，其作用为 。
(6)为测定所得TiCl4的纯度：取20.0g锥形瓶中所得产品加入烧杯中，再加入适量蒸馏水，待TiCl4充分反应后，过滤，洗涤，所得固体经过焙烧得到TiO2固体8.0g。则产品的纯度为 %。(已知)
13．（本题20分）某小组利用如图甲所示装置制备并收集(夹持装置略去)。
已知：Ⅰ.高温时能与反应，极易水解，能溶于；
Ⅱ.物质的熔沸点如表：
物质
熔点℃ -23.2 306 -23
沸点℃ 136.4 315 76.8
(1)加热管式炉前需先通入的目的是 ，管式炉加热至900℃时，瓷舟中会生成、和一种有毒的气态氧化物，并发生副反应生成少量，写出主反应生成的化学方程式 。
(2)为除去中的应调节控温箱的温度范围为 ℃。
(3)碱石灰的作用是 ，该装置的缺陷是 。
(4)已知在碳化物中硬度最大，工业上一般在真空和高温(>1800℃)条件下用C还原制取：。
①基态Ti原子的电子排布式为 。
②反应中涉及的元素第一电离能最大的是 ，中化学键类型为 。
③是一种优良的颜料，其晶胞结构如图。
则黑球代表 (填“Ti”或“O”)。该晶体的密度为 (用含a、b、的代数式表示，为阿伏加德罗常数的值)。
参考答案：
1．D
【分析】酸性含钛废液加入铁粉，三价铁转化为二价铁，结晶得到FeSO4 7H2O晶体，过滤母液水解得到，洗涤煅烧得到二氧化钛；
【详解】A．温度升高导致水解造成钛元素损失，A错误；
B．“结晶”的操作中为防止温度过高导致水解造成钛元素损失，应该在较低温度结晶，B错误；
C．“洗涤”时直接在漏斗内洗涤即可，C错误；
D．该方法中可以循环使用，以节约原料控制生产成本，D正确；
故选D。
2．A
【详解】A．T-碳与为同种元素组成的不同单质，所以两者互为同素异形体，A错误；
B．Ti位于第四周期IVB族，Ni位于第四周期VIII族，两者均属于过渡金属元素，B正确；
C．钛合金密度小、强度高、耐高温，C正确；
D．硅单质是计算机芯片的主要成分，D正确；
答案选A。
3．B
【分析】FeTiO3中加入焦炭，再通入Cl2，焦炭被氧化为CO，FeTiO3转化为FeCl3、TiCl4；再加入Mg粉，在Ar存在的环境中加热至800℃，可制得Ti。
【详解】A．Ti3+的还原性强于Fe2+，则Fe3+能将Ti3+氧化为Ti4+，所以钛铁矿( FeTiO3)中Ti的化合价是+4价，A不正确；
B．氯化过程中，Cl2将C氧化为CO，Fe2+氧化为Fe3+，则发生反应2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+ 2TiCl4，B正确；
C．镁是活泼的金属元素，能与氮气反应生成氮化镁，则镁与TiCl4置换时不能用氮气做保护气，C不正确；
D．Na能与水反应，则制取金属钛时可以用Na与TiCl4的熔融液反应，不能使用TiCl4的水溶液，D不正确；
故选B。
4．A
【详解】A．氯化镁可以用作融雪剂，原因是雪-氯化镁混合物的熔点低于雪的熔点，使雪能够在比正常情况更低的温度下就能融化，故A错误；
B．铬是硬度最高的金属，常在不锈钢中添加，增强不锈钢的耐腐蚀性，故B正确；
C．为半导体，作为光电极很稳定，制作简单，可做新型太阳能电池主要材料，故C正确；
D．氧化镁的熔点高，常在工业生产中常用作耐火材料，故D正确；
综上所述，答案为A。
5．A
【详解】A．通过晶体的X射线衍射实验，可以确定晶体中哪些原子间存在化学键、并能确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，A错误；
B．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，Ti是22号元素，位于第四周期第ⅣB族，B正确；
C．84消毒液的有效成分是NaClO，NaClO、ClO2都具有强氧化性，故84消毒液、二氧化氯泡腾片都可作为环境消毒剂，C正确；
D．“天和核心舱”电推进系统中的腔体采用的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料，D正确；
故选A。
6．D
【详解】A．升高温度能加快化学反应速率，但升高温度促进Fe2+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀，所以不是温度越高越好，故A错误；
B．结晶应在蒸发皿中进行，为获得绿矾晶体，不能将溶剂蒸干，故B错误；
C．洗涤时直接在过滤器中加水淋洗，并用玻璃棒不断搅拌，重复此操作2~3遍，故C错误；
D．水解所得滤液中的溶质有、，洗涤时需要稀硫酸，所以该方法中硫酸可以循环使用，故D正确；
故答案选D。
7．A
【分析】FeTiO3在高温下经氯化得到TiCl4，该反应的化学方程式为；TiCl4和Mg在Ar气氛中、800℃反应生成Ti，该反应的化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2。
【详解】A．氯化过程中发生反应的化学方程式为，该反应中FeTiO3和C作还原剂，Cl2作氧化剂，每消耗6mol碳单质，就有7mol Cl2参加反应，转移电子14mol，A正确；
B．中Fe的化合价为+2，反应后被氧化为+3，因此作还原剂，B错误；
C．已知电负性Ti：1.54，F：3.98，Cl：3.16，则属于离子晶体，属于分子晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体，C错误；
D．制取金属钛时，不可以选用CO2隔绝空气，因为Mg与发生反应，D错误；
故选A。
8．D
【分析】工业生产一般采用电解熔融的方法制镁，则a为氯气，所得Mg通过“高温还原” 、发生反应制取金属钛，再经过真空蒸馏提纯钛等步骤得到钛产品。
【详解】A．由于的熔点高，电解制备金属能耗大，工业生产一般采用电解熔融的方法，A项正确；
B．还原时，发生反应的化学方程式为，B项正确；
C．真空蒸馏时，需要将金属、分离除去，由于金属钛的熔点很高，因此真空蒸馏的目的是为了降低单质和的沸点，C项正确；
D．工业生产中，阳极上发生反应为：，可用作其他联产过程的氧化剂，D项错误；
答案选D。
9．A
【详解】A．明矾净水的原理是生成氢氧化铝胶体，吸附水中的杂质，并没有杀菌消毒的作用，A错误；
B．硅胶多孔，吸附水分子的能力强，可以作为食品的干燥剂，B正确；
C．钛合金硬度大，熔点高，化学性质稳定，耐腐蚀，所以可以用于飞机或人造卫星或宇宙飞船等，C正确；
D．漂白粉的主要成分为次氯酸钙，洁厕灵的主要成分为盐酸，二者反应生成氯气，有毒，故不能混合使用，D正确；
故选A。
10．C
【详解】A．钛元素是22号元素，位于周期表第四周期，A正确；
B．价钛极易被氧化，所以化学性质不稳定，B正确；
C．根据化合价代数和为零，钛酸亚铁中铁为价，所以钛的化合价为价，C错误；
D．钛及其合金具有密度小、强度高、耐酸、碱腐蚀等优良性能，被广泛用于航天，D正确；
故答案为：C。
11．(1)2:5
(2)除去Cl2中的HCl
(3) 白色CuSO4粉末 防止碳粉与TiO2粉末堵塞玻璃管管口
(4)
(5)在F、G之间接一个盛有浓硫酸的洗气瓶、或者将G装置换成盛碱石灰的干燥管
(6) 关上a处和F装置后干燥装置后导管处的止水夹冷却到室温后、停止通冷凝水；并把A装置的导气管插入G中，以防止A装置产生残余氯气
【分析】A中制备氯气，B中盛放饱和食盐水，用于除去Cl2中的HCl，C中盛放浓硫酸，用于干燥氯气，D中放白色CuSO4粉末、用于检验Cl2中的水蒸气是否已除去，E中发生反应，F中通过冷凝收集，为防止水分进入F中引起水解，F后应该接一个干燥装置，G中亚硫酸钠和氯气发生氧化还原反应、为尾气处理装置。
【详解】（1）若分别用与作氧化剂与盐酸反应制备，根据、MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，当获得等量的时消耗高锰酸钾和二氧化锰的物质的量之比为2:5，即消耗的氧化剂物质的量之比为2:5。
（2）据分析，B中试剂的作用为除去Cl2中的HCl。
（3）在制备时，对原料及装置的干燥程度要求很高，则进入E的氯气需干燥而纯净，D用于检验Cl2中的水蒸气是否已除去，则干燥管D中的试剂可以是白色CuSO4粉末，若白色粉末不变蓝说明Cl2中的水蒸气已除去，装置E中棉花球的作用为：防止碳粉与TiO2粉末堵塞玻璃管管口。
（4）与水剧烈反应产生的白烟为，反应的化学方程式为： 。
（5）实验中发现F中有少量白烟产生，为与水剧烈反应产生的，为避免此现象，需防止G中水分进入F中，则收集四氯化钛后还要干燥装置(例如通入盛有浓硫酸的洗气瓶)后再进行多余氯气的处理，故改进措施是：在F、G之间接一个盛有浓硫酸的洗气瓶、或者将G装置换成盛碱石灰的干燥管(防止水蒸气进入装置F同时吸收氯气)。
（6）当观察到球形冷凝管没有液体滴下时说明反应结束，反应结束后应继续通入一段时间Cl2，主要目的是排出残留在装置中的TiCl4，同时防止冷却使液体倒吸入F中，停止通氯气后还需要在干燥环境中继续冷却F装置到室温，则在取下A装置后应进行的操作为：关上a处和F装置后干燥装置后导管处的止水夹冷却到室温后、停止通冷凝水、并把A装置的导气管插入G中，以防止A装置产生残余氯气；G中亚硫酸钠和氯气发生氧化还原反应，发生反应的离子方程式为：。
12．(1)平衡气压，有利于浓盐酸(或液体)顺利滴下
(2) 浓硫酸 平衡气压(或答“做安全管”、“缓冲压强”、“防堵塞的安全装置”等合理即可)
(3)
(4)排除装置中的空气，防止TiCl4和O2反应
(5)防止F装置中的水蒸气进入D中，使TiCl4水解
(6)95.0或95
【分析】制取TiCl4时，用TiO2与Cl2、C在高温下反应，由于TiCl4易挥发，高温时能与O2反应，不与HCl反应，易水解生成白色沉淀，所以反应装置中应不含有空气、水蒸气，反应过程中应排尽装置内的空气、水蒸气，反应过程中还应防止水蒸气的进入。A装置用于制取Cl2，B装置为安全瓶，C装置为制取TiCl4的装置，D装置用于收集TiCl4液体，E装置用于防止F中产生水蒸气的进入，F装置是尾气处理装置。
【详解】（1）A装置分液漏斗上方的胶皮管，可保持分液漏斗内外压强相等，则其作用是：平衡气压，有利于浓盐酸(或液体)顺利滴下。
（2）装置B用于干燥氯气，则盛装的试剂为浓硫酸；由分析可知，装置B中长玻璃管的作用为：平衡气压(或答“做安全管”、“缓冲压强”、“防堵塞的安全装置”等合理即可)。
（3）装置C中除生成TiCl4外，还生成一种气态不成盐氧化物，此气体应为CO，该反应的化学方程式为。
（4）在通入Cl2前，需排尽装置内的空气，先打开开关k，从侧管持续通入一段时间的CO2气体的目的是：排除装置中的空气，防止TiCl4和O2反应。
（5）因为TiCl4易水解生成白色沉淀，所以装置E中盛装试剂为浓硫酸，其作用为：防止F装置中的水蒸气进入D中，使TiCl4水解。
（6）TiO2固体8.0g，物质的量为=0.1mol，TiCl4的物质的量也为0.1mol，质量为0.1mol×190g/mol=19g，则产品的纯度为=95.0或95%。
【点睛】若C装置内导管发生堵塞，B装置中液体可进入长导管内，以平衡内外压强。
13．(1) 排出装置中的空气，防止与空气中的反应
(2)136.4～306
(3) 极易水解，防止空气中的水蒸气进入E装置 缺少处理尾气的装置
(4) (或) O 共价键 Ti
【分析】A为氯气的发生装置，B除去氯气中的水蒸气，C为氯化钛的发生装置，D除去氯化钛中的氯化钛，E为氯化钛收集装置，碱石灰除去空气中的水蒸气，防止氯化钛水解，据此回答。
【详解】（1）①由信息Ⅰ可知，高温时能与反应，故加热管式炉前通入的目的是排出装置中的空气，防止与空气中的反应；
②瓷舟中会生成 TiCl 4、FeCl3 和一种有毒的气态氧化物，并发生副反应生成少量CCl4，化学方程式：；
（2）根据信息Ⅱ可知，除去中的应调节控温箱温度高于的沸点，低于的熔点；
（3）①极易水解，需在收集的装置后增加防水装置，故碱石灰的作用是防止空气中的水蒸气进入E装置；
②管式炉中发生的主反应的生成物中含有气体，故该装置的缺陷是缺少处理尾气的装置；
（4）①钛的原子序数为22，基态钛原子的电子排布式是；
②金属元素第一电离能一般小于非金属元素，钛属于金属元素，第一电离能最小，C、O元素为同周期主族元素，一般情况下，第一电离能从左至右依次增大，第一电离能：O>C；
③TiC中化学键类型为共价键；
④据图知，1个晶胞中黑球个数为，白球个数为，因此黑球代表Ti，白球代表O；
⑤1个晶胞的质量为，1个晶胞的体积为，则晶体密度为。
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