Question

（14分）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)的工藝流程圖如下，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A的目的是防止Fe2＋被氧化，物質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)

ΔH1 = －72 kJ?mol-1 TiO2(s) + 2Cl2 (g) ＝TiCl4(g) + O2 (g)

ΔH2 =+38.8kJ?mol－1

C(s)＋CO2(g)＝2CO(g)? ΔH3 =+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ΔH＝_______________。

（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，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。

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（請結合化學用語解釋） _________。

 

Answer 1

（1）非氧化還原反應 （1分） （2）Fe 綠礬 、 硫酸 （各1分）

（3）防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的氧氣（或CO2、N2）作用）（2分）

（4）① 該反應的△S＞0（熵增）（2分） ②－393.6 kJ/mol （2分）

（5）① 2O2- - 4e- == O2↓（同時寫出C + O2 == CO2不扣分） 或 C + 2O2- - 4e- == CO2↑ （2分）

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。（2分

【解析】

試題分析：（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；

（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，可回收利用的物質是硫酸；

（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；

（4）①根據(jù)反應能否自發(fā)進行的判據(jù)△G＝△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）；

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△H?（g）=2CO（g）3=+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；

（5）①電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應。根據(jù)裝置圖可知氧離子向陽極移動，則陽極電極反應式為2O2- - 4e- == O2↑。

②根據(jù)裝置圖可知，陰極是鈣離子得到電子，發(fā)生還原反應，因此制備TiO2時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO2Ca + O2↑，2Ca + TiO2一定條件Ti + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。

考點：考查物質制備工藝流程圖的有關判斷與計算