Question

工業(yè)上生產(chǎn)金屬鈦的方法很多．以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦，生產(chǎn)的工藝流程圖如圖1，其中鈦鐵礦與濃硫酸發(fā)生反應的化學方程式為：FeTiO₃+2H₂SO₄=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O

回答下列問題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應屬于

 

  （選填“氧化還原反應”或“非氧化還原反應”）．
（2）上述生產(chǎn)流程中加入物質(zhì)A的目的是防止Fe²⁺被氧化，物質(zhì)A是

 

，上述制備TiO₂的過程中，所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)分別是

 

、

 

．
（3）反應TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti在Ar氣氛中進行的理由是

 

．
（4）由二氧化鈦制取四氯化鈦所涉及的反應有：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（g）+2CO（g）△H₁=-72kJ?mol^-1TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）+O₂（g）△H₂=+38.8kJ?mol^-1C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△△H₃=+282.8kJ?mol^-1
①反應C（s）+CO₂（g）=2CO（g）在高溫下能夠自發(fā)進行的原因是

 

．
②反應C（s）+O₂（g）=CO₂（g）的△H=

 

．
（5）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，利用下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦．
（6）
①寫出陽極所發(fā)生反應的電極反應式：

 

．
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結(jié)合化學用語解釋）

 

．

Answer 1

考點：金屬冶煉的一般原理,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,電解原理

專題：化學反應中的能量變化

分析：（1）根據(jù)氧化還原反應中元素的化合價發(fā)生變化進行分析判斷；
（2）亞鐵離子易被氧化為鐵離子，加入金屬鐵可以防護被氧化，根據(jù)流程確定所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)；
（3）Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和氮氣二氧化碳都反應；
（4）①根據(jù)反應能否自發(fā)進行的判據(jù)△H-T△S來判斷；
②根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（6）①依據(jù)裝置圖分析判斷，陽極生成二氧化碳氣體，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的二氧化碳；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca 陽極：2O^2--4e^-═O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

解答： 解：（1）鈦酸亞鐵的化學式為FeTiO₃，其中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，鈦的化合價為+4價，鈦鐵礦和濃硫酸反應后，TiOSO₄中鈦的化合價為+4價，硫為+6價，氧元素的化合價為-2價，F(xiàn)eSO₄中鐵元素的化合價為+2價，氧元素的化合價為-2價，無化合價的變化，是非氧化還原反應，
故答案為：非氧化還原反應；
（2）亞鐵離子易被氧化為鐵離子，加入金屬鐵可以防護被氧化，所以A是金屬鐵，根據(jù)流程，所得到的副產(chǎn)物是綠礬，可回收利用的物質(zhì)是硫酸，故答案為：Fe；綠礬；硫酸；
（3）Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，鎂和二氧化碳反應生成氧化鎂和碳，鎂和氮氣反應生成氮化鎂，所以反應TiCl₄+2Mg=2MgCl₂+Ti需在Ar氣氛中進行，
故答案為：防止高溫下Mg和Ti與空氣中的氧氣（或氮氣、二氧化碳）作用；
（4）①根據(jù)反應能否自發(fā)進行的判據(jù)△H-T△S，△H＞0，所以高溫下才自發(fā)進行，說明該反應的△S＞0（或熵增加），故答案為：△S＞0（或熵增加）；
②已知反應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
根據(jù)蓋斯定律，反應C（s）+O₂（g）=CO₂（g）可以看成是a-b-c獲得，所以該化學反應的焓變△H=-72kJ?mol^-1-282.8kJ?mol^-1-38.8kJ?mol^-1=-393.6 kJ/mol，
故答案為：-393.6 kJ/mol；
（6）①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，陽極發(fā)生氧化反應，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應，陽極圖示產(chǎn)物可可知，陽極生成二氧化碳氣體，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的二氧化碳，所以電極反應為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
或：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca 陽極：2O^2--4e^-═O₂↑；2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
故答案為：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂

一定條件  .

Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

點評：本題綜合考查了元素化合物的性質(zhì)知識，注意物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應用，離子性質(zhì)的應用，分離操作的方法，電解池原理的應用，電極反應的書寫原則等，要求學生具有分析和解決問題的能力，有利于培養(yǎng)學生的良好的科學素養(yǎng)，題目難度中等．