Question

（14分）工业上生产金属钛的方法很多。以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：

FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O

回答下列问题：

（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于_________（选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）。

（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe^2＋被氧化，物质A是________，上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是__________、___________。

（3）反应TiCl₄＋2Mg＝2MgCl₂＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_____________________。

（4）由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：

TiO₂ (s)+ 2Cl₂ (g) +2C(s) ＝TiCl₄(g) + 2CO(g)

ΔH₁ = －72 kJ•mol^-1 TiO₂(s) + 2Cl₂ (g) ＝TiCl₄(g) + O₂ (g)

ΔH₂ =+38.8kJ•mol^－1

C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)   ΔH₃ =+282.8kJ•mol^－1

①反应C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)在高温下能够自发进行

的原因是______________________。

②反应C(s)＋O₂(g)＝CO₂ (g)的ΔH＝_______________。

（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO

作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

①写出阳极所发生反应的电极反应式：_______________________。

②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合化学用语解释）  _________。

Answer

（1）非氧化还原反应 （1分） （2）Fe 绿矾 、 硫酸 （各1分）

（3）防止高温下Mg（Ti）与空气中的氧气（或CO2、N2）作用）（2分）

（4）① 该反应的△S＞0（熵增）（2分） ②－393.6 kJ/mol （2分）

（5）① 2O2- - 4e- == O2↓（同时写出C + O2 == CO2不扣分） 或 C + 2O2- - 4e- == CO2↑ （2分）

②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO 2Ca + O2↑， 2Ca + TiO2一定条件Ti + 2CaO，由此可见，CaO的量不变。（2分

【解析】

试题分析：（1）钛酸亚铁的化学式为FeTiO3，其中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，钛的化合价为+4价，钛铁矿和浓硫酸反应后，TiOSO4中钛的化合价为+4价，硫为+6价，氧元素的化合价为-2价，FeSO4中铁元素的化合价为+2价，氧元素的化合价为-2价，无化合价的变化，是非氧化还原反应；

（2）亚铁离子易被氧化为铁离子，加入金属铁可以防护被氧化，所以A是金属铁，根据流程，所得到的副产物是绿矾，可回收利用的物质是硫酸；

（3）Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl4+2Mg＝2MgCl2+Ti需在Ar气氛中进行；

（4）①根据反应能否自发进行的判据△G＝△H-T△S，△H＞0，所以高温下才自发进行，说明该反应的△S＞0（或熵增加）；

②已知反应a、TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g）△H1=-72kJ•mol-1、b、TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）△H2=+38.8kJ•mol-1，c、C（s）+CO2△H（g）=2CO（g）3=+282.8kJ•mol-1，根据盖斯定律，反应C（s）+O2（g）=CO2（g）可以看成是a-b-c获得，所以该化学反应的焓变△H=-72kJ•mol-1-282.8kJ•mol-1-38.8kJ•mol-1=-393.6 kJ/mol；

（5）①电解池中阳极失去电子，发生氧化反应。根据装置图可知氧离子向阳极移动，则阳极电极反应式为2O2- - 4e- == O2↑。

②根据装置图可知，阴极是钙离子得到电子，发生还原反应，因此制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO2Ca + O2↑，2Ca + TiO2一定条件Ti + 2CaO，由此可见，CaO的量不变。

考点：考查物质制备工艺流程图的有关判断与计算