Question

【題目】TiO2在工業生產和日常生活中有重要用途。

I、工業上用鈦鐵礦石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等雜質）經過下述反應制得：

其中，步驟③發生的反應為：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

（1）寫出鈦元素在周期表中的位置______________。

凈化鈦礦石時，是否需要除去雜質FeO?____ ________（填“需要”或“不需要”）

（2）凈化鈦礦石時，需用濃氫氧化鈉溶液來處理，寫出該過程中兩性氧化物發生反應的離子反應方程式：____________________。

（3）④中加入的X可能是( )

A．H2O2 B．KMnO4 C．KOH D．SO2

（4）④⑤兩步的目的是___________________________。

（5）寫出⑥的化學反應方程式_____________________。

II、TiO2可通過下述兩種方法制備金屬鈦：方法一是電解TiO2來獲得Ti（同時產生O2）：

將處理過的TiO2作陰極，石墨為陽極，熔融CaCl2為電解液，用碳塊作電解槽池。

（6）陰極反應的電極反應式為_____________________。

（7）電解過程中需定期向電解槽池中加入碳塊的原因是__________________。

方法二是先將TiO2與Cl2、C反應得到TiCl4，再用鎂還原得到Ti。因下述反應難于發生：

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

所以不能直接由TiO2和Cl2反應（即氯化反應）來制取TiCl4。請從反應原理角度說明該反應難進行的原因__________________。

Answer 1

【答案】（1）第四周期IVB族（1分） 不需要（1分）

（2）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O（2分）（寫成四羥基鋁酸根也是對的）（3）A（2分）

（4）除去亞鐵離子（2分）（5） TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4(2分)

（6）TiO2+4e-=Ti+2O2-（或Ti4++4e-=Ti）（2分）

（7）碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少（2分）

（8）該反應的△H>0，△S<0，反應難自發進行。（2分）

【解析】

試題分析：（1）鈦的原子序數是22，在周期表中的位置是第四周期IVB族；氧化亞鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，所以凈化鈦礦石時，不需要除去雜質FeO；

（2）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強酸反應又能和強堿反應生成鹽和水，離子方程式為Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O ；

（3）要除去亞鐵離子，需要首先轉化為鐵離子，又因為不能引入雜質，所以X試劑應該是雙氧水，答案選A。

（4）根據以上分析可知④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子；

（5）根據轉化關系圖可知反應⑥中反應物是TiOSO4，生成物是TiO2·2H2O ，因此反應的方程式為TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4；

（6）電解時，陰極上得電子發生還原反應，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，電極反應式為TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（7）由于電解過程中，電解槽的陽極產生氧氣，碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少，所以電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊；

（8）根據方程式可知該反應的△H>0，△S<0，所以依據△G＝△H－T△S可知該反應難自發進行。