Question

4．TiO₂在工业生产和日常生活中有重要用途．
（1）工业上用钛矿石（FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤②发生的反应为：2H₂SO₄+FeTiO₃═TOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
①净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO？答：不需要（填“需要”或“不需要”）
②净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理．写出该过程中发生反应的化学方程式：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）TiO₂可通过下述两种方法制备金属钛：
方法一是电解TiO₂来获得Ti（同时产生O^2-）；将处理过的TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl₂为电解液，用炭块作电解槽池．
（3）阴极反应反应的电极反应式为TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．
（4）电解过程中需定期向电解槽池中加入炭块的原因是碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少．
方法二是先将TiO₂与Cl₂、C反应得到TiO₄，再用镁还原得到Ti．因下述反应难于发生：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₁（1）+O₂（g）△H=151kJ/mol所以不能直接由TiO₂和Cl₂反应（即氯化反应）来制取TiO₁．当往氯化反应体系中加入碳后，碳与上述反应发生耦合，使得反应在高温条件下能顺利进行．
（5）已知：C（s）+O₂（g）  CO₂（g）△H=-394kJ/mol．请填空：
TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）  TiCl₄（1）+CO₂（g）△H=-243KJ•mol^-1
（6）从化学平衡的角度解释：往氯化反应体系中加入碳时，氯化反应能顺利进行的原因是碳单质与氧气反应减小产物浓度，使平衡向右移动，导致反应顺利进行；碳与氧气反应放热，相当于升高温度，平衡向着右移动．

Answer 1

分析 （1）氧化亚铁和硫酸反应生成硫酸亚铁；
（2）二氧化硅是酸性氧化物、氧化铝是两性氧化物都和氢氧化钠溶液反应；
（3）阴极上得电子反应还原反应生成金属钛；
（4）由于电解过程中，电解槽的阳极产生氧气，碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少；
（5）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，得出TiO₂与Cl₂、C反应制各TiCl₄的热化学方程式；
（6）根据外界条件对化学平衡的影响分析，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，且反应中有热量放出．

解答 解：（1）氧化亚铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，所以净化钛矿石时，不需要除去杂质FeO，
故答案为：不需要；
（2）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；
（3）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-；
（4）由于电解过程中，电解槽的阳极产生氧气，碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少，所以电解过程中需定期向电解槽池中加入炭块，
故答案为：碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少；
（5）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：-243KJ•mol^-1；
（6）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，且反应中有热量放出，温度升高，导致反应顺利进行，
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，导致反应顺利进行；碳与氧气反应放热，相当于升高温度，平衡向着右移动．

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，题目难度中等，充分考查了学生的分析、理解能力，注意热化学反应方程式相加减时，反应热应相应的加减．