Question

19．常溫下鈦的化學(xué)活性很小，在較高溫度下可與多種物質(zhì)反應(yīng)．
（1）工業(yè)上由金紅色（含TiO₂大于96%）為原料生產(chǎn)鈦的流程如圖1：

①沸騰氯化爐中發(fā)生的主要反應(yīng)為T(mén)iO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②已知：Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=a kJ•mol^-1；2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=b kJ•mol^-1；Na（s）=Na（l）△H=c kJ•mol^-1；則：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=2b-4c-akJ•mol^-1．
③TiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，寫(xiě)出其水解的化學(xué)方程式TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）TiO₂直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氯化鈣，原理如圖2所示，二氧化鈦電極連接電源負(fù)極，該極電極反應(yīng)為T(mén)iO₂+4e^-=Ti+2O^2-；但此法會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，為減少對(duì)環(huán)境的污染，在電池中加入固體氧離子隔膜（氧離子能順利通過(guò)），將兩極產(chǎn)物隔開(kāi)，再將石墨改為金屬陶瓷電極，并通入一種無(wú)毒的還原性氣體，該氣體是H₂；
（3）海綿鈦可用碘提純，原理為：Ti（s）+2I₂（g）$?_{約1250℃}^{＞400℃}$TiI₄（g），下列說(shuō)法正確的是CD；
A．該反應(yīng)正反應(yīng)的△H＞0
B．在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量保持不變
C．在提純過(guò)程中，I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)
D．在提純過(guò)程中，I₂可循環(huán)利用．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)沸騰爐中流程可知反應(yīng)物為氯氣、碳和TiO₂，反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，依據(jù)在守恒配平書(shū)寫(xiě)；
②將已知方程式換算成目標(biāo)方程式，焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到；
③水解是結(jié)合水電離出的氫氧根離子或氫離子生成弱電解質(zhì)的過(guò)程；
（2）①陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，反應(yīng)后的生成物沒(méi)有污染；
（3）A、根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量變化確定焓變；
B、根據(jù)溫度判斷，在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量是否發(fā)生改變；
C、溫度不同，反應(yīng)方程式不同，產(chǎn)物不同
D、在提純過(guò)程中，根據(jù)反應(yīng)確定I₂的量是否變化．

解答 解：（1）①沸騰爐中流程可知反應(yīng)物為氯氣、碳和TiO₂，反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②（I） Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=a kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=bkJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=ckJ/mol，
將方程式2（II）-（I）-4（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），△H=2b-4c-a；
故答案為：2b-4c-a；
③TiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，鈦離子結(jié)合氫氧根離子形成氫氧化鈦出的和氯化氫，反應(yīng)進(jìn)行徹底，反應(yīng)的化學(xué)方程式TiCl₄+4H₂O?Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑，
故答案為：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負(fù)極相連；電極反應(yīng)式為T(mén)iO₂+4e-=Ti+2O^2-，陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性且是氣體，反應(yīng)后的生成物沒(méi)有污染，水沒(méi)有污染，所以該氣體是氫氣，
故答案為：負(fù)；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A、大多數(shù)混合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)正反應(yīng)的△H＜0，故A錯(cuò)誤；
B、高于400℃，鈦和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解，所以在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量不同，故B錯(cuò)誤；
C、在提純過(guò)程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)，故C正確；
D、在提純過(guò)程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的量不變，可以循環(huán)利用，故D正確；
故選CD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了金屬的冶煉、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、熱化學(xué)反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，注意焓變的有關(guān)計(jì)算、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)是高考的熱點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)掌握，題目難度中等．