Question

工业上冶炼钛主要以钛铁矿、金红石（含TiO₂大于96%）等为原料生产．

（1）由金红石为原料采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：
①沸腾氯化炉中反应的化学方程式为：

TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO

②已知：Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=-804.2kJ/mol；
2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol
Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol
请写出用液态钠与四氯化钛置换出钛的热化学方程式

4Na（l）+TiCl₄（l）=4NaCl（s）+Ti（s）△H=-970.2kJ/mol

③海绵钛破碎后用0.5%～1.5%的盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的是

除去起中和过量的钠并溶解氯化钠及钛的氯化物

．
（2）科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找出了冶炼钛的新工艺．试回答下列有关问题．
①TiO₂直接电解法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如图所示，在阴极，被还原的Ca进一步还原TiO₂获得钛，则在阴极所发生的反应为：

2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti

．

②SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷，并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，只允许氧离子通过，在电解过程中阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO₂污染物产生，通入的气体若是H₂，则阳极电解反应式为

H₂+O^2--2e^-=H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①根据沸腾炉中的反应物以及工业原理来书写化学方程式；
②根据盖斯定律来计算化学反应的焓变并书写热化学方程式；
③根据海绵钛的成分来确定盐酸洗的作用；
（2）①在电解池的阴极上市电解质中的阳离子发生得电子的还原反应；
②在电解池的阳极上发生失电子的还原反应．

解答：解：（1）①沸腾炉中的反应物有TiO₂、2Cl₂、2C反应会生成TiCl₄和2CO，即发生化学反应：TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO，故答案为：TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO；
②（I） Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=-804.2 kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol，
将方程式2（II）-（I）-（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），
△H=2×（-882.0kJ/mol）-（-804.2kJ/mol）-2.6kJ/mol=-970.2kJ/mol
故答案为：4Na（l）+TiCl₄（l）=4NaCl（s）+Ti（s）△H=-970.2kJ/mol；
③海绵钛中含有钠、氯化钠和钛的低价氯化物，盐酸能和钠反应，且能溶解氯化钠及钛的低价氯化物，从而得到较纯的钛，
故答案为：除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti，故答案为：2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti；
②电解过程中阳极通入还原性气体氢气，发生失电子的还原反应，即：H₂+O^2--2e^-=H₂O，故答案为：H₂+O^2--2e^-=H₂O．

点评：本题考查了金属的冶炼、电极反应式的书写、热化学反应等知识点，注意焓变的有关计算、电极反应式的书写是高考的热点，应重点掌握．