Question

金屬鈦被稱為“21世紀(jì)金屬”．
（1）工業(yè)上用鈦礦石（含F(xiàn)eTiO₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）經(jīng)過(guò)以下流程制得TiO₂：

其中，步驟Ⅱ發(fā)生的反應(yīng)為：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O
①步驟Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：______、______．
②將步驟Ⅱ所得FeSO₄晶體溶于水，在酸性條件下加入H₂O₂溶液，可制得具有凈水作用的鐵鹽，該反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____．
③在步驟Ⅲ中需要控制條件以形成TiO₂?nH₂O膠體，該分散質(zhì)顆粒直徑大小在______范圍．
（2）可利用TiO₂通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦：
方法一：將TiO₂作陰極，石墨作陽(yáng)極，熔融CaO為電解液，用碳?jí)K作電解槽池，電解TiO₂制得鈦，其陰極發(fā)生的反應(yīng)：______．
方法二：通過(guò)以下反應(yīng)制備金屬鈦
①TiO₂（s）+2Cl₂（g）TiCl₄（g）+O₂（g）；△H=+151kJ/mol
②TiCl₄+2Mg 2MgCl₂+Ti
在實(shí)際生產(chǎn)中，需在反應(yīng)①過(guò)程中加入碳才能順利制得TiCl₄，其原因是：______．
（3）若已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol，則由固體TiO₂、固體C與Cl₂氣反應(yīng)制取氣態(tài)TiCl₄的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_____．

Answer 1

解：（1）①氧化鋁是兩性氧化物，既能和強(qiáng)酸反應(yīng)又能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，二氧化硅是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成硅酸鈉和水：SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，故答案為：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；
②Fe²⁺在酸性條件下能被H₂O₂氧化成Fe³⁺，H₂O₂被還原成水：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③膠體的粒子直徑大小為：1～100nm，所以步驟Ⅲ中需要控制條件以形成TiO₂?nH₂O膠體，該分散質(zhì)顆粒直徑大小在1～100nm，故答案為：1～100nm；
（2）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，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g），該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動(dòng)，并利用反應(yīng)放熱，導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行，使生成更多TiCl₄，
故答案為：碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動(dòng)，并利用反應(yīng)放熱，導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行，使生成更多TiCl₄；
（3）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：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=-243KJ?mol^-1．
分析：（1）①根據(jù)二氧化硅、氧化鋁和氫氧化鈉的性質(zhì)分析；
②Fe²⁺在酸性條件下能被H₂O₂氧化成Fe³⁺，H₂O₂被還原成水；
③根據(jù)膠體的粒子直徑大小為：1～100nm；
（2）陰極上得電子反應(yīng)還原反應(yīng)生成金屬鈦；根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響分析；
（3）利用蓋斯定律來(lái)解答．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式的書(shū)寫等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，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．