Question

常温下钛的化学活性很小，在较高温度下可与多种物质反应。

（1）工业上由金红石（含TiO₂大于96％）为原料生产钛的流程如下：

① 沸腾氯化炉中发生的主要反应为：                             。

② 已知：Ti(s) +2Cl₂(g)＝TiCl₄(l)  ΔH＝a kJ·mol^－1；

2Na(s) +Cl₂(g)＝2NaCl(s)  ΔH＝b kJ·mol^－1；

Na(s)＝Na(l)  ΔH＝c kJ·mol^－1；

则：TiCl₄(l) +4Na(l)＝Ti(s) +4NaCl(s)  ΔH＝         kJ·mol^－1。

（2）TiO₂直接电解法生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如下图所示，二氧化钛电极连接电源        极，该极电极反应为：              

                    。但此法会产生有毒气体，为减少对环境的污染，在电池中加入固体氧离子隔膜（氧离子能顺利通过），将两极产物隔开，再将石墨改为金属陶瓷电极，并通入一种无毒的还原性气体，该气体是                。

（3）海绵钛可用碘提纯，原理为：      ，下列说法正确的是                     。

A．该反应正反应的ΔH＞0         

B．在不同温度区域，TiI₄的量保持不变

C．在提纯过程中，I₂ 的作用是将粗钛从低温区转移到高温区

D．在提纯过程中，I₂ 可循环利用

Answer 1

【知识点】盖斯定律的应用  电解原理F4   F5  

【答案解析】(每空2分，本题共12分)

（1）①TiO₂+2C+2Cl₂ TiCl₄+2CO（高温或900℃要注明）；   ②2b-4c-a；

（2）负；  TiO₂ +4e^－＝Ti + O^2－（或：Ca²⁺+2e^－＝Ca；2Ca+TiO₂＝2CaO +Ti）； H₂

（3）C D（只选对1个给1分，错选0分）

  解析：：（1）根据流程可知沸腾炉中反应物为氯气、碳和TiO₂，反应生成TiCl₄和一氧化碳，反应的化学方程式为：TiO₂+2C+2Cl₂=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，
将方程式2（II）-（I）-4（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），△H=2b-4c-a；
（2）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，和电源负极相连；电极反应式为TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气；
（3）A、大多数化合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故A错误；
B、高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI₄的量不同，故B错误；
C、在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I₂的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故C正确；
D、在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I₂的量不变，可以循环利用故D正确；
 故选CD．

【思路点拨】本题考查电极反应式的书写、热化学反应等知识点，重视利用盖斯定律进行有关计算。