Question

19．常温下钛的化学活性很小，在较高温度下可与多种物质反应．
（1）工业上由金红色（含TiO₂大于96%）为原料生产钛的流程如图1：

①沸腾氯化炉中发生的主要反应为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；则：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=2b-4c-akJ•mol^-1．
③TiCl₄遇水强烈水解，写出其水解的化学方程式TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）TiO₂直接电解法生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如图2所示，二氧化钛电极连接电源负极，该极电极反应为TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；但此法会产生有毒气体，为减少对环境的污染，在电池中加入固体氧离子隔膜（氧离子能顺利通过），将两极产物隔开，再将石墨改为金属陶瓷电极，并通入一种无毒的还原性气体，该气体是H₂；
（3）海绵钛可用碘提纯，原理为：Ti（s）+2I₂（g）$?_{约1250℃}^{＞400℃}$TiI₄（g），下列说法正确的是CD；
A．该反应正反应的△H＞0
B．在不同温度区域，TiI₄的量保持不变
C．在提纯过程中，I₂的作用是将粗钛从低温区转移到高温区
D．在提纯过程中，I₂可循环利用．

Answer 1

分析 （1）①根据沸腾炉中流程可知反应物为氯气、碳和TiO₂，反应生成TiCl₄和一氧化碳，依据在守恒配平书写；
②将已知方程式换算成目标方程式，焓变进行相应的改变，结合盖斯定律计算得到；
③水解是结合水电离出的氢氧根离子或氢离子生成弱电解质的过程；
（2）①阴极上得电子发生还原反应；
②阴极上加入的物质应该具有还原性，反应后的生成物没有污染；
（3）A、根据反应物和生成物的能量变化确定焓变；
B、根据温度判断，在不同温度区域，TiI₄的量是否发生改变；
C、温度不同，反应方程式不同，产物不同
D、在提纯过程中，根据反应确定I₂的量是否变化．

解答 解：（1）①沸腾炉中流程可知反应物为氯气、碳和TiO₂，反应生成TiCl₄和一氧化碳，反应的化学方程式为：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案为：TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②（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，
将方程式2（II）-（I）-4（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），△H=2b-4c-a；
故答案为：2b-4c-a；
③TiCl₄遇水强烈水解，钛离子结合氢氧根离子形成氢氧化钛出的和氯化氢，反应进行彻底，反应的化学方程式TiCl₄+4H₂O?Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑，
故答案为：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑或TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃↓+4HCl↑；
（2）电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，和电源负极相连；电极反应式为TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气，
故答案为：负；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A、大多数混合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故A错误；
B、高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI₄的量不同，故B错误；
C、在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I₂的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故C正确；
D、在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I₂的量不变，可以循环利用，故D正确；
故选CD．

点评 本题考查了金属的冶炼、电极反应式的书写、热化学反应等知识点，注意焓变的有关计算、电极反应式的书写是高考的热点，应重点掌握，题目难度中等．