Question

钛是继铁、铝后的第三金属，常温下钛的化学活性很小，仅能与氟气、氢氟酸等几种物质起作用．但在较高温度下，钛可与多种单质和化合物发生反应．工业上冶炼钛主要以钛铁矿、金红石（含TiO₂大于96%）等为原料生产．
（1）由金红石为原料采用亨特（Hunter）法生产钛的流程如下：

①沸腾氯化炉中反应：TiO₂（s）+2Cl₂ （g）=TiCl₄（l）+O₂（g），在常温下能否自发进行（已知该反应△H=184kJ/mol，△S=57.74J/K）______（选填：“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．
则TiCl₄（l）+4Na（l）=Ti（s）+4NaCl（s）△H=______kJ/mol
③海绵钛破碎后用0.5%～1.5%的盐酸洗涤，再用蒸馏水洗涤至中性，用盐酸洗涤的目的______．
（2）科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发，找出了冶炼钛的新工艺．试回答下列有关问题．
①TiO₂直接电解法（剑桥法）生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氯化钙，原理如右图所示，阴极获得钛可能发生的反应或电极反应为：______．
②SOM技术是一种绿色环保先进技术，阳极用金属陶瓷，并用固体氧离子隔膜将两极产物隔开，阳极通入某种还原性气体，可防止CO、CO₂污染物产生，通入的气体是______．
（3）海棉钛通常需要经过真空电弧炉里熔炼提纯，也可通过碘提纯法，原理为：，下列说法正确的是______．
（a） 该反应正反应为的△H＞0
（b） 在不同温度区域，TiI₄的量保持不变
（c） 在提纯过程中，I₂的量不断减少
（d） 在提纯过程中，I₂的作用是将粗钛从低温区转移到高温区．

Answer

（1）①根据△G=△H-T△S判断能否自发进行，如果△G＜0就能进行，如果△G＞0，就不能自发进行；
②将已知方程式换算成目标方程式，焓变进行相应的改变；
③除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①阴极上得电子发生还原反应；
②阴极上加入的物质应该具有还原性，反应后的生成物没有污染；
（3）（a） 根据反应物和生成物的能量变化确定焓变；
（b） 根据温度判断，在不同温度区域，TiI4的量是否发生改变；
（c） 在提纯过程中，根据反应确定I2的量是否变化；
（d）温度不同，反应方程式不同，产物不同．
【解析】
（1）①△G=△H-T△S=184kJ/mol-298K×0.05774kJ/K=166.79kJ＞0，所以不能自发进行，故答案为：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，
将方程式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
故答案为：-970.2；
③海绵钛中含有钠、氯化钠和钛的低价氯化物，盐酸能和钠反应，且能溶解氯化钠及钛的低价氯化物，从而得到较纯的钛，故答案为：除去其中的过量的钠并溶解氯化钠及钛的低价氯化物；
（2）①电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-，故答案为：TiO2+4e-=Ti+2O2-；
②阴极上加入的物质应该具有还原性且是气体，反应后的生成物没有污染，水没有污染，所以该气体是氢气，故答案为：H2；
（3）（a）大多数混合反应是放热反应，该反应的正反应也是放热反应，则该反应正反应的△H＜0，故错误；
（b） 高于400℃，钛和氯气反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解，所以在不同温度区域，TiI4的量不同，故错误；
（c） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的量不变，故错误；
（d） 在提纯过程中，高于400℃，碘和钛反应生成四氯化钛，在1250℃四氯化钛分解生成碘和钛，所以I2的作用是将粗钛从低温区转移到高温区，故正确；
故选d．