Question

鈦是繼鐵、鋁后的第三金屬，常溫下鈦的化學活性很小，僅能與氟氣、氫氟酸等幾種物質起作用．但在較高溫度下，鈦可與多種單質和化合物發生反應．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：TiO₂（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+O₂（g），在常溫下能否自發進行（已知該反應△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，原理如右圖所示，

陰極獲得鈦可能發生的反應或電極反應為：______．
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，陽極通入某種還原性氣體，可防止CO、CO₂污染物產生，通入的氣體是______．
（3）海棉鈦通常需要經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） 該反應正反應為的△H＞0
（b） 在不同溫度區域，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轉移到高溫區．

Answer 1

（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自發進行，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TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-；
②陰極上加入的物質應該具有還原性且是氣體，反應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）大多數混合反應是放熱反應，該反應的正反應也是放熱反應，則該反應正反應的△H＜0，故錯誤；
（b） 高于400℃，鈦和氯氣反應生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解，所以在不同溫度區域，TiI₄的量不同，故錯誤；
（c） 在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應生成四氯化鈦，在1250℃四氯化鈦分解生成碘和鈦，所以I₂的量不變，故錯誤；
（d） 在提純過程中，高于400℃，碘和鈦反應生成四氯化鈦，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轉移到高溫區，故正確；
故選d．