Question

2．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）工業上由金紅石（含TiO₂大于96%）為原料生產鈦的流程如下：

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-a）kJ•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↑
（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，在電池中用固體氧離子隔膜（氧離子能順利通過）將兩極產物隔開，再將石墨改為某金屬陶瓷電極并通入一種還原性氣體，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（填字母）．
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沸騰爐中反應物為氯氣、碳和TiO₂，反應生成TiCl₄和一氧化碳，再根據原子守恒配平；
②已知：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，
根據蓋斯定律，2×Ⅱ-I-Ⅲ×4可得：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）；
③TiCl₄遇水強烈水解，Ti表現正價，應結合氫氧根，Cl表現負價，應結合H離子，反應生成Ti（OH）₄與HCl；
（2）TiO₂直接電解法生產鈦，發生還原反應，二氧化鈦為陰極，連接電源負極，由示意圖可知二氧化鈦獲得電子生成Ti與氧離子；石墨為陽極，陽極發生氧化反應，氧離子在陽極獲得電子生成氧氣，會與石墨反應生成CO等有毒氣體，石墨改為某金屬陶瓷電極并通入一種還原性氣體，反應后的生成物沒有污染，可以是生成水；
（3）A．較低溫度下有利于反應正向進行，高溫下有利于反應逆向進行，說明正反應為放熱反應；
B．高于400℃，鈦和碘反應生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解；
C．在提純過程中，高于400℃，鈦和碘反應生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區轉移到高溫區；
D．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，可以循環利用．

解答 解：（1）沸騰爐中反應物為氯氣、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已知：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，
根據蓋斯定律，2×Ⅱ-I-Ⅲ×4可得：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），故△H=（2b-4c-a）kJ/mol；
故答案為：（2b-4c-a）；
③TiCl₄遇水強烈水解，Ti表現正價，應結合氫氧根，Cl表現負價，應結合H離子，反應生成Ti（OH）₄與HCl，反應方程式為：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑，
故答案為：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑；
（2）TiO₂直接電解法生產鈦，發生還原反應，二氧化鈦為陰極，連接電源負極，由示意圖可知二氧化鈦獲得電子生成Ti與氧離子，陰極電極反應式為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，石墨為陽極，陽極發生氧化反應，氧離子在陽極獲得電子生成氧氣，會與石墨反應生成CO等有毒氣體，石墨改為某金屬陶瓷電極并通入一種還原性氣體，反應后的生成物沒有污染，可以是生成水，所以該氣體是氫氣，
故答案為：負；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A．較低溫度下有利于反應正向進行，高溫下有利于反應逆向進行，說明正反應為放熱反應，則該反應正反應的△H＜0，故A錯誤；
B．高于400℃，鈦和碘反應生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，故B錯誤；
C．在提純過程中，高于400℃，鈦和碘反應生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，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℃，鈦和碘反應生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解生成碘和鈦，所以I₂可以循環利用，故D正確；
故選：CD．

點評 本題以金屬的冶煉為載體，考查反應熱計算、電解原理、化學平衡移動、信息獲取等問題，側重考查學生分析解決問題鈉離子、信息獲取與知識移運用，難度中等．