Question

4．TiO₂在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途．
（1）工業(yè)上用鈦礦石（FeTiO₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）經(jīng)過下述反應(yīng)制得：

其中，步驟②發(fā)生的反應(yīng)為：2H₂SO₄+FeTiO₃═TOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
①凈化鈦礦石時(shí)，是否需要除去雜質(zhì)FeO？答：不需要（填“需要”或“不需要”）
②凈化鈦礦石時(shí)，需用濃氫氧化鈉溶液來處理．寫出該過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O；SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O．
（2）TiO₂可通過下述兩種方法制備金屬鈦：
方法一是電解TiO₂來獲得Ti（同時(shí)產(chǎn)生O^2-）；將處理過的TiO₂作陰極，石墨為陽極，熔融CaCl₂為電解液，用炭塊作電解槽池．
（3）陰極反應(yīng)反應(yīng)的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-．
（4）電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊的原因是碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少．
方法二是先將TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)得到TiO₄，再用鎂還原得到Ti．因下述反應(yīng)難于發(fā)生：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₁（1）+O₂（g）△H=151kJ/mol所以不能直接由TiO₂和Cl₂反應(yīng)（即氯化反應(yīng)）來制取TiO₁．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，使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行．
（5）已知：C（s）+O₂（g）  CO₂（g）△H=-394kJ/mol．請?zhí)羁眨?br />TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）  TiCl₄（1）+CO₂（g）△H=-243KJ•mol^-1
（6）從化學(xué)平衡的角度解釋：往氯化反應(yīng)體系中加入碳時(shí)，氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因是碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度，使平衡向右移動，導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行；碳與氧氣反應(yīng)放熱，相當(dāng)于升高溫度，平衡向著右移動．

Answer 1

分析 （1）氧化亞鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵；
（2）二氧化硅是酸性氧化物、氧化鋁是兩性氧化物都和氫氧化鈉溶液反應(yīng)；
（3）陰極上得電子反應(yīng)還原反應(yīng)生成金屬鈦；
（4）由于電解過程中，電解槽的陽極產(chǎn)生氧氣，碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少；
（5）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；
（6）根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響分析，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，且反應(yīng)中有熱量放出．

解答 解：（1）氧化亞鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，所以凈化鈦礦石時(shí)，不需要除去雜質(zhì)FeO，
故答案為：不需要；
（2）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；
（3）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-；
（4）由于電解過程中，電解槽的陽極產(chǎn)生氧氣，碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少，所以電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊，
故答案為：碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少；
（5）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：-243KJ•mol^-1；
（6）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，且反應(yīng)中有熱量放出，溫度升高，導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行，
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，導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行；碳與氧氣反應(yīng)放熱，相當(dāng)于升高溫度，平衡向著右移動．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式的書寫等知識點(diǎn)，題目難度中等，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力，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．