( 12分)钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料,主要用于航天工业和航海工业,下列是有关钛的冶炼及应用的问题。
(1)金属钛冶炼过程中其中一步反应是将原料金红石转化:TiO
2(金红石)+2C+2Cl
2 TiCl
4+2CO
已知:C(S)+O
2(g)=CO
2(g)
H=-393.5 kJ·mol
-12CO(g)+O
2(g)=2CO
2(g)
H=-566 kJ·mol
-1TiO
2(s)+2Cl
2(g)=TiCl
4(s)+O
2(g)
H=+141 kJ·mol
-1则TiO
2(g)+2Cl
2(g)+2C(s)=TiCl
4(s)+2CO(g)的
H=
,
(2)钠热还原法是冶炼金属钛的方法之一,主要反应原理为:4Na+TiCl
4 4NaCl+Ti,该反应不能在水溶液中进行,一是因为TiCl
4会强烈水解生成TiO
2,另一原因
(用适当化学方程式辅以必要的文字说明)。
(3)镁还原法也是冶炼金属钛的常用方法,其主要反应原理如下:
MgCl
2 Mg+Cl
2 TiCl
4+2Mg
2MgCl
2+Ti
从海水中提取MgCl
2时,先在海水中加入熟石灰,沉淀出Mg(OH)
2,写出Mg(OH)
2溶度积表达式:
可加入适当过量的熟石灰,从Mg(OH)
2溶解平衡角度解释其原因
(4)TiCl
4与LiOH在水溶液中一定条件下可反应生成Li
4Ti
5O
12(钛酸锂),Li
4Ti
5O
12可与LiMn
2O
4(锰酸锂)等正极材料组成理离子二次电池,工作时Li
+ 在电池内定向移动,其电池反应为:
,使用时先充电,写出其充电式的阳极反应
,放电时Li
+的移动方向
。