Question

、TiO₂可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦：

方法一：電解TiO₂來(lái)獲得Ti，將處理過(guò)的TiO₂作陰極，石墨為陽(yáng)極，熔融CaO為電解液，用石墨作電解槽池．

（1）陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為　　．

（2）電解過(guò)程中需定期更換石墨電極的原因是　　．

方法二：先將TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)得到TiCl₄，再用鎂還原得到Ti．

（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ•mol^﹣1該反應(yīng)難以發(fā)生，原因是　　．

不能直接由TiO₂ 和Cl₂反應(yīng)（即氯化反應(yīng)）來(lái)制取TiCl₄，當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后，碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合，使反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行．

（4）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=﹣394kJ•mol^﹣1

TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=　　

（5）從化學(xué)平衡的角度解釋?zhuān)和�氯化反�?yīng)體系中加入碳時(shí)，氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因　　．

Answer 1

考點(diǎn)：

電解原理；熱化學(xué)方程式．

專(zhuān)題：

化學(xué)反應(yīng)中的能量變化．

分析：

（1）電解池的陰極上得電子反應(yīng)還原反應(yīng)生成金屬鈦，陽(yáng)極上是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣；

（2）根據(jù)電解槽的陽(yáng)極是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣進(jìn)行分析；

（3）用判據(jù)△H﹣T△S來(lái)判斷反應(yīng)能否發(fā)生；

（4）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(yīng)制各TiCl₄的熱化學(xué)方程式；

（5）向TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（l）+O₂（g）反應(yīng)體系中加C，能反應(yīng)掉生成物O₂，從化學(xué)平衡移動(dòng)的角度分析．

解答：

解：（1）電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為T(mén)iO₂+4e﹣=Ti+2O^2﹣，陽(yáng)極上是氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，電極反應(yīng)為：2O^2﹣﹣4e^﹣=O₂，故答案為：2O^2﹣﹣4e^﹣=O₂；

（2）由于電解過(guò)程中，電解槽的陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣，碳單質(zhì)會(huì)與陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少，所以電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入炭塊，

故答案為：碳單質(zhì)會(huì)與陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少；

（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol該反應(yīng)中，反應(yīng)物有2mol氣體，生成物只有1mol氣體，△S＜0，又△H＞0，則△H﹣T△S＞0，故反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：該反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行；

（4）已知：①TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ•mol^﹣1

②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=﹣394kJ•mol^﹣1

據(jù)蓋斯定律，①+②得：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；

（5）在反應(yīng)TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應(yīng)C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)就可以進(jìn)行了，

故答案為：TiO₂（s）+2Cl₂（g）⇌TiCl₄（1）+O₂（g） 碳與氧氣反應(yīng)，減小了產(chǎn)物O₂（g）的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，使反應(yīng)能順利進(jìn)行．

點(diǎn)評(píng)：

本題考查范圍廣，落點(diǎn)比較高，是易錯(cuò)題，設(shè)計(jì)電化學(xué)、熱化學(xué)等知識(shí)的考查，注意熱化學(xué)反應(yīng)方程式相加減時(shí)，反應(yīng)熱應(yīng)相應(yīng)的加減．