Question

工业上生产金属钛的方法很多。以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：
FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O
 
回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于______________________ （选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）。
（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe^2＋被氧化，物质A是________，上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是__________、___________。
（3）反应TiCl₄＋2Mg＝2MgCl₂＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________。
（4）由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
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反应C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)在高温下能够自发进行的原因是______________________。
②反应C(s)＋O₂(g)＝CO₂ (g)的ΔH＝_______________。
（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。①写出阳极所发生反应的电极反应式：________________________________。

②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合化学用语解释）                                                                              。

Answer 1

（1）非氧化还原反应 （2分） （2）Fe （2分） 绿矾 硫酸 （各1分）
（3）防止高温下Mg（Ti）与空气中的氧气（或CO₂、N₂）作用） （2分）
（4）① 该反应的△S＞0（熵增）（2分） ②－393.6 kJ／mol （2分，单位1分）    
（5）① 2O^2- - 4e^- = O₂↑（同时写出C + O₂ = CO₂不扣分）
或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑（2分）
②制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：2CaO 2Ca + O₂↑， 
2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，由此可见，CaO的量不变。（4分）

试题分析：
（1）该反应中未发生化合价的变化。    
（2）利用铁的还原性，防止亚铁被氧化    由流程图可知副产物有：绿矾和硫酸
（3）利用惰性气体隔绝空气，防止发生副反应。
（4）①根据ΔG=ΔH – TΔS < 0 能自发进行，则该反应的ΔS > 0。
（5）①熔融CaF₂-CaO作电解质，该条件下能存在O^2-
② 电解槽中发生反应：2CaO="2Ca" + O₂↑，  2Ca + TiO₂="Ti" + 2CaO，所以CaO的量不变。