【題目】金屬鈦被稱為“21世紀金屬”

(1)工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過以下流程制得TiO2

其中,步驟Ⅱ發(fā)生反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H20

步驟I反生的化學(xué)方程式是______________________________若將所得FeSO4晶體溶于水,加熱蒸干后所得的固體是_________________

若步驟Ⅲ中是利用Ti4+在溶液中水解制得TiO2·nH2O,則該反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________

(2)可利用TiO2通過下述兩種方法制備金屬鈦:

方法一:將TiO2作陰極,石墨作陽極,熔融CaO為電解液,用炭塊作電解槽池,電解TiO2制得鈦,其陰極發(fā)生的反應(yīng):______________________________________。

方法二:通過以下反應(yīng)制備金屬鈦

①TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) △H=+151 KJ/mol

②TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti

在實際生產(chǎn)中,需在反應(yīng)①過程中加入碳才能順利制得TiCl4,其原因是_________________________,______________________________________________。(兩方面)

(3)若已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=-394 KJ/mol,則由固體TiO2、固體CCl2反應(yīng)制取氣態(tài)TiCl4的熱化學(xué)方程式為______________________________________________。

【答案】Al2O3+2NaOH=NaAlO2+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Fe2O3,F(xiàn)e2(SO4)3 Ti4++(n+2)H2O TiO2·nH2O+4H+ TiO2+4e-=Ti+2O2- 碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動,并利用反應(yīng)放熱,導(dǎo)致反應(yīng)順利進行,使生成更多TiCl4 TiO2(s) + 2Cl2(g)+ C(s)= TiCl4(g)+ CO2(g)ΔH=-243KJ/mol

【解析】

本題主要考查對于工業(yè)制鈦方法的評價。

(1)①步驟IAl2O3、SiO2溶于濃氫氧化鈉溶液,反應(yīng)的化學(xué)方程式是Al2O3+2NaOH=NaAlO2+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,若將所得FeSO4晶體溶于水,加熱蒸干,過程中FeSO4被空氣中氧氣氧化為Fe2(SO4)3,水解產(chǎn)物氫氧化鐵受熱分解產(chǎn)生氧化鐵,所得固體是Fe2O3,F(xiàn)e2(SO4)3

②若步驟中是利用Ti4+在溶液中水解制得TiO2·nH2O,則該反應(yīng)的離子方程式為Ti4++(n+2)H2OTiO2·nH2O+4H+。

(2)方法一:將TiO2作陰極,石墨作陽極,熔融CaO為電解液,用炭塊作電解槽池,電解TiO2制得鈦,其陰極發(fā)生的反應(yīng):TiO2+4e-=Ti+2O2-。

方法二:在實際生產(chǎn)中,需在反應(yīng)①過程中加入碳才能順利制得TiCl4,其原因是碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度使平衡向右移動,并利用反應(yīng)放熱,促使反應(yīng)順利進行,生成更多TiCl4。

(3)將熱化學(xué)方程式“C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-394 KJ/mol”用③表示,則①+③得由固體TiO2、固體CCl2反應(yīng)制取氣態(tài)TiCl4的熱化學(xué)方程式為TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(g)+ CO2(g)ΔH=-243KJ/mol。

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