Question

2．常溫下鈦的化學(xué)活性很小，在較高溫度下可與多種物質(zhì)反應(yīng)．
（1）工業(yè)上由金紅石（含TiO₂大于96%）為原料生產(chǎn)鈦的流程如下：

①沸騰氯化爐中發(fā)生的主要反應(yīng)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(qiáng)烈水解，寫出其水解的化學(xué)方程式TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑
（2）TiO₂直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氯化鈣，原理如圖所示，二氧化鈦電極連接電源負(fù)極，該極電極反應(yīng)為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．但此法會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，為減少對(duì)環(huán)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(chǎn)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(yīng)正反應(yīng)的△H＞0
B．在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量保持不變
C．在提純過程中，I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)
D．在提純過程中，I₂可循環(huán)利用．

Answer 1

分析 （1）①沸騰爐中反應(yīng)物為氯氣、碳和TiO₂，反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，再根據(jù)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(jù)蓋斯定律，2×Ⅱ-I-Ⅲ×4可得：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）；
③TiCl₄遇水強(qiáng)烈水解，Ti表現(xiàn)正價(jià)，應(yīng)結(jié)合氫氧根，Cl表現(xiàn)負(fù)價(jià)，應(yīng)結(jié)合H離子，反應(yīng)生成Ti（OH）₄與HCl；
（2）TiO₂直接電解法生產(chǎn)鈦，發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化鈦為陰極，連接電源負(fù)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(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在陽極獲得電子生成氧氣，會(huì)與石墨反應(yīng)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(yīng)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(yīng)正向進(jìn)行，高溫下有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
B．高于400℃，鈦和碘反應(yīng)生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解；
C．在提純過程中，高于400℃，鈦和碘反應(yīng)生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)；
D．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，可以循環(huán)利用．

解答 解：（1）沸騰爐中反應(yīng)物為氯氣、碳和TiO₂，反應(yīng)生成TiCl₄和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)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(jù)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(qiáng)烈水解，Ti表現(xiàn)正價(jià)，應(yīng)結(jié)合氫氧根，Cl表現(xiàn)負(fù)價(jià)，應(yīng)結(jié)合H離子，反應(yīng)生成Ti（OH）₄與HCl，反應(yīng)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(chǎn)鈦，發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化鈦為陰極，連接電源負(fù)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(yīng)式為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，石墨為陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在陽極獲得電子生成氧氣，會(huì)與石墨反應(yīng)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(yīng)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(fù)；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A．較低溫度下有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，高溫下有利于反應(yīng)逆向進(jìn)行，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)正反應(yīng)的△H＜0，故A錯(cuò)誤；
B．高于400℃，鈦和碘反應(yīng)生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，故B錯(cuò)誤；
C．在提純過程中，高于400℃，鈦和碘反應(yīng)生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)，故C正確；
D．在提純過程中，高于400℃，鈦和碘反應(yīng)生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解生成碘和鈦，所以I₂可以循環(huán)利用，故D正確；
故選：CD．

點(diǎn)評(píng) 本題以金屬的冶煉為載體，考查反應(yīng)熱計(jì)算、電解原理、化學(xué)平衡移動(dòng)、信息獲取等問題，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題鈉離子、信息獲取與知識(shí)移運(yùn)用，難度中等．