Question

鈦是繼鐵、鋁后的第三金屬，二氧化鈦廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層等，二氧化鈦還可作為制備鈦單質(zhì)的原料．
Ⅰ．用鈦鐵礦制取二氧化鈦，（鈦鐵礦主要成分為FeTiO₃，其中Ti元素化合價(jià)為+4價(jià)，含有Fe₂O₃雜質(zhì)．）主要流程如下：

（1）Fe₂O₃與H₂SO₄反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）加Fe的作用是

 

．
Ⅱ．由金紅石（含TiO₂大于96%）為原料生產(chǎn)鈦的流程如下：
（3）反應(yīng)②的方程式是

 

，該反應(yīng)需要在Ar氣氛中進(jìn)行的原因是

 

．
（4）海棉鈦通常需要經(jīng)過(guò)真空電弧爐里熔煉提純，也可通過(guò)碘提純法，原理為：
Ti（s）+2I₂（g）

400℃

約1250℃

TiI₄（g）下列說(shuō)法正確的是

 

．
（a） 該反應(yīng)的△H＞0               （b） 在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量保持不變
（c） 在提純過(guò)程中，I₂的量不斷減少   （d） 在提純過(guò)程中，I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)
Ⅲ．科學(xué)家從電解冶煉鋁的工藝得到啟發(fā)，找出了冶煉鈦的新工藝．
（5）TiO₂直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氧化鈣，原理如圖所示 該方法陰極獲得鈦的電極反應(yīng)為

 

．

（6）在上述方法的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種更加綠色環(huán)保的技術(shù)，陽(yáng)極改用金屬陶瓷，并在陽(yáng)極通入某種常見(jiàn)的還原性氣體單質(zhì)，則生成無(wú)污染的電極產(chǎn)物．通入的氣體是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),電解原理,常見(jiàn)金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用,物質(zhì)分離、提純的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

專題：電化學(xué)專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：I．（1）堿性氧化物和酸反應(yīng)生成鹽和水；
（2）鐵有還原性，能還原鐵離子；
II．（3）在550℃是Na與四氯化鈦發(fā)生置換反應(yīng)；高溫時(shí)，Na、Ti易與空氣中的氧氣等發(fā)生反應(yīng)；
（4）（a） 根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量變化確定焓變；
    （b） 根據(jù)溫度判斷，在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量是否發(fā)生改變；
    （c） 在提純過(guò)程中，根據(jù)反應(yīng)確定I₂的量是否變化；
    （d）溫度不同，反應(yīng)方程式不同，產(chǎn)物不同；
III．（5）陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（6）陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，反應(yīng)后的生成物沒(méi)有污染．

解答： 解：（1）氧化鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（2）該溶液中含有鐵離子，鐵具有還原性，能將鐵離子氧化生成亞鐵離子且不引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以鐵的作用是：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，
故答案為：將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺；
II．（3）在550℃是Na與四氯化鈦發(fā)生置換反應(yīng)生成NaCl和Ti，反應(yīng)的方程式為：TiCl₄+4Na

550℃  .

4NaCl+Ti；高溫時(shí)，Na、Ti易與空氣中的氧氣等發(fā)生反應(yīng)，所以該反應(yīng)需要在Ar氣氛中進(jìn)行；
故答案為：TiCl₄+4Na

550℃  .

4NaCl+Ti；高溫時(shí)，Na、Ti易與空氣中的氧氣等發(fā)生反應(yīng)；
（4）（a）大多數(shù)混合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)正反應(yīng)的△H＜0，故錯(cuò)誤；
（b） 高于400℃，鈦和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解，所以在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量不同，故錯(cuò)誤；
（c） 在提純過(guò)程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)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，故錯(cuò)誤；
（d） 在提純過(guò)程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)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(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)，故正確；
故答案為：d；
III．（5）電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負(fù)極相連，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-；
故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
（6）陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性且是氣體，反應(yīng)后的生成物沒(méi)有污染，水沒(méi)有污染，所以該氣體是氫氣，
故答案為：H₂．

點(diǎn)評(píng)：本題以金屬鈦的制備為知識(shí)背景，考查學(xué)生對(duì)工藝流程理解、閱讀題目獲取信息能力、氧化還原反應(yīng)及方程式的書寫、電解原理的應(yīng)用等，難度中等，理解工藝流程是關(guān)鍵，需要學(xué)生具有閱讀題目獲取信息能力和靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力．