Question

4．TiO₂在工業生產和日常生活中有重要用途．
（1）工業上用鈦礦石（FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質）經過下述反應制得：

其中，步驟②發生的反應為：2H₂SO₄+FeTiO₃═TOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
①凈化鈦礦石時，是否需要除去雜質FeO？答：不需要（填“需要”或“不需要”）
②凈化鈦礦石時，需用濃氫氧化鈉溶液來處理．寫出該過程中發生反應的化學方程式：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）TiO₂可通過下述兩種方法制備金屬鈦：
方法一是電解TiO₂來獲得Ti（同時產生O^2-）；將處理過的TiO₂作陰極，石墨為陽極，熔融CaCl₂為電解液，用炭塊作電解槽池．
（3）陰極反應反應的電極反應式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．
（4）電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊的原因是碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少．
方法二是先將TiO₂與Cl₂、C反應得到TiO₄，再用鎂還原得到Ti．因下述反應難于發生：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₁（1）+O₂（g）△H=151kJ/mol所以不能直接由TiO₂和Cl₂反應（即氯化反應）來制取TiO₁．當往氯化反應體系中加入碳后，碳與上述反應發生耦合，使得反應在高溫條件下能順利進行．
（5）已知：C（s）+O₂（g）  CO₂（g）△H=-394kJ/mol．請填空：
TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）  TiCl₄（1）+CO₂（g）△H=-243KJ•mol^-1
（6）從化學平衡的角度解釋：往氯化反應體系中加入碳時，氯化反應能順利進行的原因是碳單質與氧氣反應減小產物濃度，使平衡向右移動，導致反應順利進行；碳與氧氣反應放熱，相當于升高溫度，平衡向著右移動．

Answer 1

分析 （1）氧化亞鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵；
（2）二氧化硅是酸性氧化物、氧化鋁是兩性氧化物都和氫氧化鈉溶液反應；
（3）陰極上得電子反應還原反應生成金屬鈦；
（4）由于電解過程中，電解槽的陽極產生氧氣，碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少；
（5）將方程式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與Cl₂、C反應制各TiCl₄的熱化學方程式；
（6）根據外界條件對化學平衡的影響分析，該反應是可逆反應，碳單質與氧氣反應減小產物濃度使平衡向右移動，且反應中有熱量放出．

解答 解：（1）氧化亞鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，所以凈化鈦礦石時，不需要除去雜質FeO，
故答案為：不需要；
（2）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強酸反應又能和強堿反應生成鹽和水Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，
二氧化硅是酸性氧化物，能和強堿反應生成硅酸鈉和水SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；
（3）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，電極反應式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-．
故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
（4）由于電解過程中，電解槽的陽極產生氧氣，碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少，所以電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊，
故答案為：碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少；
（5）將方程式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，
故答案為：-243KJ•mol^-1；
（6）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g），該反應是可逆反應，碳單質與氧氣反應減小產物濃度使平衡向右移動，且反應中有熱量放出，溫度升高，導致反應順利進行，
故答案為：碳單質與氧氣反應減小產物濃度，使平衡向右移動，導致反應順利進行；碳與氧氣反應放熱，相當于升高溫度，平衡向著右移動．

點評 本題考查了熱化學反應方程式、電極反應式的書寫等知識點，題目難度中等，充分考查了學生的分析、理解能力，注意熱化學反應方程式相加減時，反應熱應相應的加減．