Question

、TiO₂可通过下述两种方法制备金属钛：
方法一：电解TiO₂来获得Ti，将处理过的TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解液，用石墨作电解槽池．
（1）阳极的电极反应式为

 

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（2）电解过程中需定期更换石墨电极的原因是

 

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方法二：先将TiO₂与Cl₂、C反应得到TiCl₄，再用镁还原得到Ti．
（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1该反应难以发生，原因是

 

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不能直接由TiO₂ 和Cl₂反应（即氯化反应）来制取TiCl₄，当往氯化反应体系中加入碳后，碳与上述反应发生耦合，使反应在高温条件下能顺利进行．
（4）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1
TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=

 

（5）从化学平衡的角度解释：往氯化反应体系中加入碳时，氯化反应能顺利进行的原因

 

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Answer 1

考点：电解原理,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化

分析：（1）电解池的阴极上得电子反应还原反应生成金属钛，阳极上是氧离子失电子发生氧化反应产生氧气；
（2）根据电解槽的阳极是氧离子失电子发生氧化反应产生氧气进行分析；
（3）用判据△H-T△S来判断反应能否发生；
（4）将方程式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与Cl₂、C反应制各TiCl₄的热化学方程式；
（5）向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反应体系中加C，能反应掉生成物O₂，从化学平衡移动的角度分析．

解答： 解：（1）电解时，阴极上得电子发生还原反应，电极反应式为TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，阳极上是氧离子失电子发生氧化反应产生氧气，电极反应为：2O^2--4e^-=O₂，故答案为：2O^2--4e^-=O₂；
（2）由于电解过程中，电解槽的阳极产生氧气，碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少，所以电解过程中需定期向电解槽池中加入炭块，
故答案为：碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少；
（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol该反应中，反应物有2mol气体，生成物只有1mol气体，△S＜0，又△H＞0，则△H-T△S＞0，故反应不能自发进行，故答案为：该反应的△H＞0，△S＜0，反应难以自发进行；
（4）已知：①TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-394kJ?mol^-1
据盖斯定律，①+②得：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=+151kJ?mol^-1-394kJ?mol^-1=-243KJ?mol^-1，故答案为：-243KJ?mol^-1；
（5）在反应TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反应C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的浓度，平衡正向移动，反应就可以进行了，
故答案为：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g） 碳与氧气反应，减小了产物O₂（g）的浓度，平衡向正反应方向移动，使反应能顺利进行．

点评：本题考查范围广，落点比较高，是易错题，设计电化学、热化学等知识的考查，注意热化学反应方程式相加减时，反应热应相应的加减．