Question

TiO₂在工业生产和日常生活中有重要用途。

（1）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发生的主要反应为：2H₂SO₄+FeTiO₃ == TOSO₄（硫酸氧钛）+FeSO₄+2H₂O

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：________________。

步骤③中加热的目的是（请写出必要的化学方程式和文字）:              。

（2）用TiO₂制备金属钛的一种方法是先将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（1）+O₂（g）  △H＝+151 kJ/mol。所以不能直接由TiO₂和Cl₂反应（即氯化反应）来制取TiCl₄，请说明判断该反应难以发生的理由是_______。当往氯化反应体系中加入碳后，反应在高温条件下能顺利进行生成TiCl₄。

已知：C（s）+O₂（g）＝CO₂（g）    △H=394 kJ/mol。

则TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）＝TiCl₄（1）+CO₂（g）  △H=________

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是_______________。

（3）下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个由有机光敏染料（S）涂覆TiO₂纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：

TiO₂/STiO₂/S^* （激发态）

TiO₂/S^* TiO₂/S⁺ + e^-

I₃^-+2e^-3I^-

2TiO₂/S^*+I₃^-  2TiO₂/S + I₃^-

下列关于该电池叙述正确的是        

A.电池工作时，I^-离子在镀铂导电玻璃电极上放电

B.电池工作时，是将太阳能转化为电能

C.电池的电解质溶液中I^-和I₃^- 浓度不会减少

D.电池中镀铂导电玻璃为正极

Answer

（共14分）（1）Al2O3 + 2NaOH＝2NaAlO2 + H2O （2分） SiO2 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O（2分）

TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一个吸热反应，加热促进TiOSO4水解趋于完全。（2分） （2）该反应的△H＞0，△S＜0，反应难以自发进行（2分）；－243kJ/mol（2分）；TiO2（s）+2Cl2（g）TiCl4（1）+O2（g） 碳与氧气反应，减小了产物O2（g）的浓度，平衡向正反应方向移动，使反应能顺利进行（1分）  （3）BCD（3分）

【解析】

试题分析：（1）由于钛矿石中含有氧化铝和二氧化硅，氧化铝是两性氢氧化物，二氧化硅是酸性氧化物，它们均能和氢氧化钠溶液反应，所以该过程中发生反应的化学方程式是Al2O3 + 2NaOH＝2NaAlO2 + H2O、SiO2 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O。步骤③是TiOSO4的水解生成钛酸的过程，由于TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一个吸热反应，因此加热的目的是促进TiOSO4水解趋于完全。（2）根据反应的方程式可知，该反应是吸热的、体积减小的可逆反应，即该反应的△H＞0，△S＜0，  所以反应难以自发进行；根据反应①TiO2（s）+2Cl2（g）TiCl4（1）+O2（g）和反应②C（s）+O2（g）＝CO2（g）并结合盖斯定律可，①＋②即得到TiO2（s）+C（s）+2Cl2（g）＝TiCl4（1）+CO2（g） ，所以该反应的反应热△H＝＋151 kJ/mol－394 kJ/mol＝－243kJ/mol。由于碳与氧气反应，减小了产物O2（g）的浓度，使可逆反应TiO2（s）+2Cl2（g）TiCl4（1）+O2（g）向正反应方向移动，所以能使反应能顺利进行。

（3）根据图中电子的移动方向可知，在外电路中电子由负极流向正极，即半导材料TiO2与染料为原电池的负极，铂电极为原电池的正极，电解质为I3－和I－的混合物，I3－在正极上得电子被还原，正极反应为I3－+2e－＝3I－。则

A、电池工作时，I＝离子在铂电极上放电，发生氧化反应，A不正确；

B. 该电池是将太阳能转化为电能的装置，故B正确；

C. 将已知的4个反应合并即得到总反应I3－3I－，所以电池的电解质溶液中I-和I3- 浓度不会减少，C正确；

D.电池中镀铂导电玻璃为正极，D正确，答案选BCD。

考点：考查物质的分离与提纯；外界条件对平衡状态的影响；反应自发性的判断；电化学原理的有关应用