Question

【題目】金屬鈦被稱為“21世紀金屬”

(1)工業(yè)上用鈦礦石(含FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等雜質)經(jīng)過以下流程制得TiO2：

其中，步驟Ⅱ發(fā)生反應為：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H20

①步驟I反生的化學方程式是______________________________若將所得FeSO4晶體溶于水，加熱蒸干后所得的固體是_________________

②若步驟Ⅲ中是利用Ti4+在溶液中水解制得TiO2·nH2O,則該反應的離子方程式為_________________________________________________

(2)可利用TiO2通過下述兩種方法制備金屬鈦：

方法一：將TiO2作陰極，石墨作陽極，熔融CaO為電解液，用炭塊作電解槽池，電解TiO2制得鈦，其陰極發(fā)生的反應：______________________________________。

方法二：通過以下反應制備金屬鈦

①TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) △H=+151 KJ/mol

②TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti

在實際生產(chǎn)中，需在反應①過程中加入碳才能順利制得TiCl4，其原因是_________________________，______________________________________________。(兩方面)

(3)若已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-394 KJ/mol,則由固體TiO2、固體C與Cl2反應制取氣態(tài)TiCl4的熱化學方程式為______________________________________________。

Answer 1

【答案】Al2O3+2NaOH=NaAlO2+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Fe2O3，F(xiàn)e2(SO4)3 Ti4++(n+2)H2O TiO2·nH2O+4H+ TiO2+4e-=Ti+2O2- 碳單質與氧氣反應減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動，并利用反應放熱，導致反應順利進行，使生成更多TiCl4 TiO2(s) + 2Cl2（g）+ C（s）= TiCl4（g）+ CO2(g)ΔH=-243KJ/mol

【解析】

本題主要考查對于工業(yè)制鈦方法的評價。

（1）①步驟IAl2O3、SiO2溶于濃氫氧化鈉溶液，反應的化學方程式是Al2O3+2NaOH=NaAlO2+H2O，SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，若將所得FeSO4晶體溶于水，加熱蒸干，過程中FeSO4被空氣中氧氣氧化為Fe2(SO4)3，水解產(chǎn)物氫氧化鐵受熱分解產(chǎn)生氧化鐵，所得固體是Fe2O3，F(xiàn)e2(SO4)3。

②若步驟Ⅲ中是利用Ti4+在溶液中水解制得TiO2·nH2O，則該反應的離子方程式為Ti4++(n+2)H2OTiO2·nH2O+4H+。

（2）方法一：將TiO2作陰極，石墨作陽極，熔融CaO為電解液，用炭塊作電解槽池，電解TiO2制得鈦，其陰極發(fā)生的反應：TiO2+4e-=Ti+2O2-。

方法二：在實際生產(chǎn)中，需在反應①過程中加入碳才能順利制得TiCl4，其原因是碳單質與氧氣反應減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動，并利用反應放熱，促使反應順利進行，生成更多TiCl4。。

（3）將熱化學方程式“C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-394 KJ/mol”用③表示，則①+③得由固體TiO2、固體C與Cl2反應制取氣態(tài)TiCl4的熱化學方程式為TiO2(s)+2Cl2（g）+C（s）=TiCl4（g）+ CO2(g)ΔH=-243KJ/mol。