Question

TiO₂在工业生产和日常生活中有重要用途。

I．工业上用钛矿石（FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤②发生的反应为：2H₂SO₄＋FeTiO₃=TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O。

（1）净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO？答：        （填“需要”或“不需要”）。

（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中发生反应的化学方程式。

答：                                                      。

II．TiO₂可通过下述两种方法制备金属钛：

“方法一”是电解TiO₂来获得Ti（同时产生O₂）：将处理过的TiO₂作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl₂为电解液，用碳块作电解槽池。

（3）阴极反应的电极反应式为___________________________________。

（4）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是______________________。

“方法二”是先将TiO₂与Cl₂、C反应得到TiCl₄，再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生：

TiO₂ (s)＋2Cl₂ (g)TiCl₄(l)＋O₂ (g)   ΔH=＋151 kJ·mol^－1

所以不能直接由 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，使得反应在高温条件下能顺利进行。

（5）已知：C(s)＋O₂ (g) = CO₂ (g)   ΔH=－394 kJ·mol^－1。请填空：

      TiO₂ (s)＋C (s)＋2Cl₂ (g) = TiCl₄ (l)＋CO₂ (g)   ΔH= ______________

（6）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。

答：____________________________________________。

Answer

（1）不需要 （2分）

（2）Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O （2分）   SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O （2分）

（3）TiO2＋4e－=Ti＋2O2－（或Ti4＋＋4e－＝Ti）（3分）

（4）碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少（2分）

（5）－243 kJ·mol－1（2分）

（6）碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动，导致反应顺利进行（2分）