Question

2．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）工业上由金红石（含TiO₂大于96%）为原料生产钛的流程如下：

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-a）kJ•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↑
（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，在电池中用固体氧离子隔膜（氧离子能顺利通过）将两极产物隔开，再将石墨改为某金属陶瓷电极并通入一种还原性气体，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（填字母）．
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沸腾炉中反应物为氯气、碳和TiO₂，反应生成TiCl₄和一氧化碳，再根据原子守恒配平；
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，
根据盖斯定律，2×Ⅱ-I-Ⅲ×4可得：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）；
③TiCl₄遇水强烈水解，Ti表现正价，应结合氢氧根，Cl表现负价，应结合H离子，反应生成Ti（OH）₄与HCl；
（2）TiO₂直接电解法生产钛，发生还原反应，二氧化钛为阴极，连接电源负极，由示意图可知二氧化钛获得电子生成Ti与氧离子；石墨为阳极，阳极发生氧化反应，氧离子在阳极获得电子生成氧气，会与石墨反应生成CO等有毒气体，石墨改为某金属陶瓷电极并通入一种还原性气体，反应后的生成物没有污染，可以是生成水；
（3）A．较低温度下有利于反应正向进行，高温下有利于反应逆向进行，说明正反应为放热反应；
B．高于400℃，钛和碘反应生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解；
C．在提纯过程中，高于400℃，钛和碘反应生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，所以I₂的作用是将粗钛从低温区转移到高温区；
D．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，可以循环利用．

解答 解：（1）沸腾炉中反应物为氯气、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，
根据盖斯定律，2×Ⅱ-I-Ⅲ×4可得：TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），故△H=（2b-4c-a）kJ/mol；
故答案为：（2b-4c-a）；
③TiCl₄遇水强烈水解，Ti表现正价，应结合氢氧根，Cl表现负价，应结合H离子，反应生成Ti（OH）₄与HCl，反应方程式为：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑，
故答案为：TiCl₄+4H₂O=Ti（OH）₄↓+4HCl↑；
（2）TiO₂直接电解法生产钛，发生还原反应，二氧化钛为阴极，连接电源负极，由示意图可知二氧化钛获得电子生成Ti与氧离子，阴极电极反应式为：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-，石墨为阳极，阳极发生氧化反应，氧离子在阳极获得电子生成氧气，会与石墨反应生成CO等有毒气体，石墨改为某金属陶瓷电极并通入一种还原性气体，反应后的生成物没有污染，可以是生成水，所以该气体是氢气，
故答案为：负；TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；H₂；
（3）A．较低温度下有利于反应正向进行，高温下有利于反应逆向进行，说明正反应为放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故A错误；
B．高于400℃，钛和碘反应生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，故B错误；
C．在提纯过程中，高于400℃，钛和碘反应生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解，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℃，钛和碘反应生成TiI₄，大于1250℃TiI₄分解生成碘和钛，所以I₂可以循环利用，故D正确；
故选：CD．

点评 本题以金属的冶炼为载体，考查反应热计算、电解原理、化学平衡移动、信息获取等问题，侧重考查学生分析解决问题钠离子、信息获取与知识移运用，难度中等．