Question

（2012?房山区一模）金属钛被称为“21世纪金属”．
（1）工业上用钛矿石（含FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）经过以下流程制得TiO₂：

其中，步骤Ⅱ发生的反应为：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
①步骤Ⅰ中发生反应的化学方程式：

Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O

、

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

．
②将步骤Ⅱ所得FeSO₄晶体溶于水，在酸性条件下加入H₂O₂溶液，可制得具有净水作用的铁盐，该反应的离子方程式为

2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；

．
③在步骤Ⅲ中需要控制条件以形成TiO₂?nH₂O胶体，该分散质颗粒直径大小在

1～100nm

范围．
（2）可利用TiO₂通过下述两种方法制备金属钛：
方法一：将TiO₂作阴极，石墨作阳极，熔融CaO为电解液，用碳块作电解槽池，电解TiO₂制得钛，其阴极发生的反应：

TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-

．
方法二：通过以下反应制备金属钛
①TiO₂（s）+2Cl₂（g）

高温

TiCl₄（g）+O₂（g）；△H=+151kJ/mol
②TiCl₄+2Mg 

高温

 2MgCl₂+Ti
在实际生产中，需在反应①过程中加入碳才能顺利制得TiCl₄，其原因是：

碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动，并利用反应放热，导致反应顺利进行，使生成更多TiCl₄；

．
（3）若已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol，则由固体TiO₂、固体C与Cl₂气反应制取气态TiCl₄的热化学方程式为

TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=-243KJ?mol^-1；

．

Answer 1

分析：（1）①根据二氧化硅、氧化铝和氢氧化钠的性质分析；
②Fe²⁺在酸性条件下能被H₂O₂氧化成Fe³⁺，H₂O₂被还原成水；
③根据胶体的粒子直径大小为：1～100nm；
（2）阴极上得电子反应还原反应生成金属钛；根据外界条件对化学平衡的影响分析；
（3）利用盖斯定律来解答．

解答：解：（1）①氧化铝是两性氧化物，既能和强酸反应又能和强碱反应生成盐和水：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，二氧化硅是酸性氧化物，能和强碱反应生成硅酸钠和水：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，故答案为：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；
②Fe²⁺在酸性条件下能被H₂O₂氧化成Fe³⁺，H₂O₂被还原成水：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③胶体的粒子直径大小为：1～100nm，所以步骤Ⅲ中需要控制条件以形成TiO₂?nH₂O胶体，该分散质颗粒直径大小在1～100nm，故答案为：1～100nm；
（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，电极反应式为TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，故答案为：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g），该反应是可逆反应，碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动，并利用反应放热，导致反应顺利进行，使生成更多TiCl₄，
故答案为：碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动，并利用反应放热，导致反应顺利进行，使生成更多TiCl₄；
（3）将方程式TiO₂（s）+2Cl₂（g）TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1和C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-394kJ?mol^-1相加，得方程式：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=+151kJ?mol^-1-394kJ?mol^-1=-243KJ?mol^-1，
故答案为：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=-243KJ?mol^-1．

点评：本题考查了热化学反应方程式、电极反应式的书写等知识点，难度不大，注意热化学反应方程式相加减时，反应热应相应的加减．