Question

19．常溫下鈦的化學活性很小，在較高溫度下可與多種物質反應．
（1）工業上由金紅色（含TiO₂大于96%）為原料生產鈦的流程如圖1：

①沸騰氯化爐中發生的主要反應為TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②已知：Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=a kJ•mol^-1；2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=b kJ•mol^-1；Na（s）=Na（l）△H=c kJ•mol^-1；則：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=2b-4c-akJ•mol^-1．
③TiCl₄遇水強烈水解，寫出其水解的化學方程式TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）TiO₂直接電解法生產鈦是一種較先進的方法，電解質為熔融的氯化鈣，原理如圖2所示，二氧化鈦電極連接電源負極，該極電極反應為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；但此法會產生有毒氣體，為減少對環境的污染，在電池中加入固體氧離子隔膜（氧離子能順利通過），將兩極產物隔開，再將石墨改為金屬陶瓷電極，并通入一種無毒的還原性氣體，該氣體是H₂；
（3）海綿鈦可用碘提純，原理為：Ti（s）+2I₂（g）$?_{約1250℃}^{＞400℃}$TiI₄（g），下列說法正確的是CD；
A．該反應正反應的△H＞0
B．在不同溫度區域，TiI₄的量保持不變
C．在提純過程中，I₂的作用是將粗鈦從低溫區轉移到高溫區
D．在提純過程中，I₂可循環利用．

Answer 1

分析 （1）①根據沸騰爐中流程可知反應物為氯氣、碳和TiO₂，反應生成TiCl₄和一氧化碳，依據在守恒配平書寫；
②將已知方程式換算成目標方程式，焓變進行相應的改變，結合蓋斯定律計算得到；
③水解是結合水電離出的氫氧根離子或氫離子生成弱電解質的過程；
（2）①陰極上得電子發生還原反應；
②陰極上加入的物質應該具有還原性，反應后的生成物沒有污染；
（3）A、根據反應物和生成物的能量變化確定焓變；
B、根據溫度判斷，在不同溫度區域，TiI₄的量是否發生改變；
C、溫度不同，反應方程式不同，產物不同
D、在提純過程中，根據反應確定I₂的量是否變化．

解答 解：（1）①沸騰爐中流程可知反應物為氯氣、碳和TiO₂，反應生成TiCl₄和一氧化碳，反應的化學方程式為：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$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，
將方程式2（II）-（I）-4（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），△H=2b-4c-a；
故答案為：2b-4c-a；
③TiCl₄遇水強烈水解，鈦離子結合氫氧根離子形成氫氧化鈦出的和氯化氫，反應進行徹底，反應的化學方程式TiCl₄+4H₂O?Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑，
故答案為：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）電解時，陰極上得電子發生還原反應，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負極相連；電極反應式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，陰極上加入的物質應該具有還原性且是氣體，反應后的生成物沒有污染，水沒有污染，所以該氣體是氫氣，
故答案為：負；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A、大多數混合反應是放熱反應，該反應的正反應也是放熱反應，則該反應正反應的△H＜0，故A錯誤；
B、高于400℃，鈦和氯氣反應生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解，所以在不同溫度區域，TiI₄的量不同，故B錯誤；
C、在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區轉移到高溫區，故C正確；
D、在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的量不變，可以循環利用，故D正確；
故選CD．

點評 本題考查了金屬的冶煉、電極反應式的書寫、熱化學反應等知識點，注意焓變的有關計算、電極反應式的書寫是高考的熱點，應重點掌握，題目難度中等．