Question

鈦是繼鐵、鋁后的第三金屬，常溫下鈦的化學(xué)活性很小，僅能與氟氣、氫氟酸等幾種物質(zhì)起作用．但在較高溫度下，鈦可與多種單質(zhì)和化合物發(fā)生反應(yīng)．工業(yè)上冶煉鈦主要以鈦鐵礦、金紅石（含TiO₂大于96%）等為原料生產(chǎn)．
（1）由金紅石為原料采用亨特（Hunter）法生產(chǎn)鈦的流程如下：

①沸騰氯化爐中反應(yīng)：TiO₂（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+O₂（g），在常溫下能否自發(fā)進(jìn)行（已知該反應(yīng)△H=184kJ/mol，△S=57.74J/K）______（選填：“能”或“不能”）．
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．
則TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=______kJ/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______．
（2）科學(xué)家從電解冶煉鋁的工藝得到啟發(fā)，找出了冶煉鈦的新工藝．試回答下列有關(guān)問題．
①TiO₂直接電解法（劍橋法）生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氯化鈣，原理如右圖所示，陰極獲得鈦可能發(fā)生的反應(yīng)或電極反應(yīng)為：______．
②SOM技術(shù)是一種綠色環(huán)保先進(jìn)技術(shù)，陽極用金屬陶瓷，并用固體氧離子隔膜將兩極產(chǎn)物隔開，陽極通入某種還原性氣體，可防止CO、CO₂污染物產(chǎn)生，通入的氣體是______．
（3）海棉鈦通常需要經(jīng)過真空電弧爐里熔煉提純，也可通過碘提純法，原理為：，下列說法正確的是______．
（a） 該反應(yīng)正反應(yīng)為的△H＞0
（b） 在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量保持不變
（c） 在提純過程中，I₂的量不斷減少
（d） 在提純過程中，I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據(jù)△G=△H-T△S判斷能否自發(fā)進(jìn)行，如果△G＜0就能進(jìn)行，如果△G＞0，就不能自發(fā)進(jìn)行；
②將已知方程式換算成目標(biāo)方程式，焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
③除去其中的過量的鈉并溶解氯化鈉及鈦的低價(jià)氯化物；
（2）①陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性，反應(yīng)后的生成物沒有污染；
（3）（a） 根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量變化確定焓變；
（b） 根據(jù)溫度判斷，在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量是否發(fā)生改變；
（c） 在提純過程中，根據(jù)反應(yīng)確定I₂的量是否變化；
（d）溫度不同，反應(yīng)方程式不同，產(chǎn)物不同．
解答：解：（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：不能；
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：-970.2；
③海綿鈦中含有鈉、氯化鈉和鈦的低價(jià)氯化物，鹽酸能和鈉反應(yīng)，且能溶解氯化鈉及鈦的低價(jià)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(jià)氯化物；
（2）①電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
②陰極上加入的物質(zhì)應(yīng)該具有還原性且是氣體，反應(yīng)后的生成物沒有污染，水沒有污染，所以該氣體是氫氣，故答案為：H₂；
（3）（a）大多數(shù)混合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)正反應(yīng)的△H＜0，故錯(cuò)誤；
（b） 高于400℃，鈦和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解，所以在不同溫度區(qū)域，TiI₄的量不同，故錯(cuò)誤；
（c） 在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的量不變，故錯(cuò)誤；
（d） 在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的作用是將粗鈦從低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)，故正確；
故選d．
點(diǎn)評(píng)：本題考查了金屬的冶煉、電極反應(yīng)式的書寫、熱化學(xué)反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，注意焓變的有關(guān)計(jì)算、電極反應(yīng)式的書寫是高考的熱點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)掌握．