Question

工業上冶煉鈦主要以鈦鐵礦、金紅石（含TiO₂大于96%）等為原料生產．

（1）由金紅石為原料采用亨特（Hunter）法生產鈦的流程如下：
①沸騰氯化爐中反應的化學方程式為：

TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO

②已知：Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=-804.2kJ/mol；
2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol
Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol
請寫出用液態鈉與四氯化鈦置換出鈦的熱化學方程式

4Na（l）+TiCl₄（l）=4NaCl（s）+Ti（s）△H=-970.2kJ/mol

③海綿鈦破碎后用0.5%～1.5%的鹽酸洗滌，再用蒸餾水洗滌至中性，用鹽酸洗滌的目的是

除去起中和過量的鈉并溶解氯化鈉及鈦的氯化物

．
（2）科學家從電解冶煉鋁的工藝得到啟發，找出了冶煉鈦的新工藝．試回答下列有關問題．
①TiO₂直接電解法（劍橋法）生產鈦是一種較先進的方法，電解質為熔融的氯化鈣，原理如圖所示，在陰極，被還原的Ca進一步還原TiO₂獲得鈦，則在陰極所發生的反應為：

2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti

．

②SOM技術是一種綠色環保先進技術，陽極用金屬陶瓷，并用固體氧離子隔膜將兩極產物隔開，只允許氧離子通過，在電解過程中陽極通入某種還原性氣體，可防止CO、CO₂污染物產生，通入的氣體若是H₂，則陽極電解反應式為

H₂+O^2--2e^-=H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①根據沸騰爐中的反應物以及工業原理來書寫化學方程式；
②根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變并書寫熱化學方程式；
③根據海綿鈦的成分來確定鹽酸洗的作用；
（2）①在電解池的陰極上市電解質中的陽離子發生得電子的還原反應；
②在電解池的陽極上發生失電子的還原反應．

解答：解：（1）①沸騰爐中的反應物有TiO₂、2Cl₂、2C反應會生成TiCl₄和2CO，即發生化學反應：TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO，故答案為：TiO₂+2Cl₂+2C=TiCl₄+2CO；
②（I） Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）△H=-804.2 kJ/mol；
（II） 2Na（s）+Cl₂（g）=2NaCl（s）△H=-882.0kJ/mol；
（III） Na（s）=Na（l）△H=2.6kJ/mol，
將方程式2（II）-（I）-（III）得TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s），
△H=2×（-882.0kJ/mol）-（-804.2kJ/mol）-2.6kJ/mol=-970.2kJ/mol
故答案為：4Na（l）+TiCl₄（l）=4NaCl（s）+Ti（s）△H=-970.2kJ/mol；
③海綿鈦中含有鈉、氯化鈉和鈦的低價氯化物，鹽酸能和鈉反應，且能溶解氯化鈉及鈦的低價氯化物，從而得到較純的鈦，
故答案為：除去其中的過量的鈉并溶解氯化鈉及鈦的低價氯化物；
（2）①電解時，陰極上得電子發生還原反應，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，電極反應式為2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti，故答案為：2Ca²⁺+4e^-+TiO₂=2CaO+Ti；
②電解過程中陽極通入還原性氣體氫氣，發生失電子的還原反應，即：H₂+O^2--2e^-=H₂O，故答案為：H₂+O^2--2e^-=H₂O．

點評：本題考查了金屬的冶煉、電極反應式的書寫、熱化學反應等知識點，注意焓變的有關計算、電極反應式的書寫是高考的熱點，應重點掌握．