TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。

(1)工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:

其中,步驟②發(fā)生的主要反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3 == TOSO4(硫酸氧鈦)+FeSO4+2H2O

凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理。寫出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________。

步驟③中加熱的目的是(請(qǐng)寫出必要的化學(xué)方程式和文字):              。

(2)用TiO2制備金屬鈦的一種方法是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)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(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4,請(qǐng)說(shuō)明判斷該反應(yīng)難以發(fā)生的理由是_______。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行生成TiCl4。

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

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

從化學(xué)平衡的角度解釋:往氯化反應(yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因是_______________。

(3)下圖是一種染料敏化太陽(yáng)能電池的示意圖。電池的一個(gè)由有機(jī)光敏染料(S)涂覆TiO2納米晶體表面制成,另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成,電池中發(fā)生的反應(yīng)為:

TiO2/STiO2/S* (激發(fā)態(tài))

TiO2/S* TiO2/S+ + e-

I3-+2e-3I-

2TiO2/S*+I3-  2TiO2/S + I3-

下列關(guān)于該電池?cái)⑹稣_的是        

A.電池工作時(shí),I-離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電

B.電池工作時(shí),是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能

C.電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3- 濃度不會(huì)減少

D.電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極

 

【答案】

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

TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一個(gè)吸熱反應(yīng),加熱促進(jìn)TiOSO4水解趨于完全。(2分) (2)該反應(yīng)的△H>0,△S<0,反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行(2分);-243kJ/mol(2分);TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g) 碳與氧氣反應(yīng),減小了產(chǎn)物O2(g)的濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),使反應(yīng)能順利進(jìn)行(1分)  (3)BCD(3分)

【解析】

試題分析:(1)由于鈦礦石中含有氧化鋁和二氧化硅,氧化鋁是兩性氫氧化物,二氧化硅是酸性氧化物,它們均能和氫氧化鈉溶液反應(yīng),所以該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O、SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O。步驟③是TiOSO4的水解生成鈦酸的過(guò)程,由于TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一個(gè)吸熱反應(yīng),因此加熱的目的是促進(jìn)TiOSO4水解趨于完全。(2)根據(jù)反應(yīng)的方程式可知,該反應(yīng)是吸熱的、體積減小的可逆反應(yīng),即該反應(yīng)的△H>0,△S<0,  所以反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行;根據(jù)反應(yīng)①TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g)和反應(yīng)②C(s)+O2(g)=CO2(g)并結(jié)合蓋斯定律可,①+②即得到TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(1)+CO2(g) ,所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=+151 kJ/mol-394 kJ/mol=-243kJ/mol。由于碳與氧氣反應(yīng),減小了產(chǎn)物O2(g)的濃度,使可逆反應(yīng)TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g)向正反應(yīng)方向移動(dòng),所以能使反應(yīng)能順利進(jìn)行。

(3)根據(jù)圖中電子的移動(dòng)方向可知,在外電路中電子由負(fù)極流向正極,即半導(dǎo)材料TiO2與染料為原電池的負(fù)極,鉑電極為原電池的正極,電解質(zhì)為I3和I的混合物,I3在正極上得電子被還原,正極反應(yīng)為I3+2e=3I。則

A、電池工作時(shí),I離子在鉑電極上放電,發(fā)生氧化反應(yīng),A不正確;

B. 該電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,故B正確;

C. 將已知的4個(gè)反應(yīng)合并即得到總反應(yīng)I33I,所以電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3- 濃度不會(huì)減少,C正確;

D.電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極,D正確,答案選BCD。

考點(diǎn):考查物質(zhì)的分離與提純;外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響;反應(yīng)自發(fā)性的判斷;電化學(xué)原理的有關(guān)應(yīng)用

 

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

(2011?自貢模擬)TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途.
I.工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:

其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O.
(1)凈化鈦礦石時(shí),是否需要除去雜質(zhì)FeO?答:
不需要
不需要
(填“需要”或“不需要”).
(2)凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理,寫出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式.
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
;
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

II.TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:
“方法一”是電解TiO2來(lái)獲得Ti:將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaO為電解液,用碳?jí)K作電解槽池.
(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為
TiO2+4e-=Ti+2O2-
TiO2+4e-=Ti+2O2-

“方法二”是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti.因下述反應(yīng)難于發(fā)生:
TiO2(s)+2Cl2(g)?TiCl4(l)+O2(g)△H=+151kJ?mol-1所以不能直接由TiO2和Cl2反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4.當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行.
(4)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g);△H=-394kJ?mol-1
請(qǐng)寫出TiO2與Cl2、C反應(yīng)制各TiCl4的熱化學(xué)方程式:
TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(l)+CO2(g);△H=-243KJ?mol-1
TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(l)+CO2(g);△H=-243KJ?mol-1

(5)從化學(xué)平衡的角度解釋:往氯化反應(yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:閱讀理解

(2013?濰坊模擬)TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有生果用途.
(1)工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:

其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3═TiOSO4+FeSO4+2H2O.
①凈化鈦礦石時(shí),是否需要除云雜質(zhì)FeO?答:
不需要
不需要
(填“需要”或“不需要”).
②凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理.寫出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O;SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

(2)TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦;
方法一是電解TiO2來(lái)獲得Ti(同時(shí)產(chǎn)生O2-):將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaCl2為電解液,用炭塊作電解槽池.
(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為
TiO2+4e-=Ti+2O2
TiO2+4e-=Ti+2O2

(4)電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入炭塊的原因是
碳單質(zhì)會(huì)與陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少
碳單質(zhì)會(huì)與陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少

方法二是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti.因下述反應(yīng)難于發(fā)生:
TiO2(s)+2Cl2?(g)?TiCl4(l)+O2(g)△H=151kJ/mol
所以不能直接由TiO2與Cl2反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiO4.當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入炭塊后,炭塊與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行.
(5)已知:C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-394kJ/mol.請(qǐng)?zhí)羁眨?br />TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)═TiCl4(l)+CO2(g)△H=
-243KJ?mol-1
-243KJ?mol-1

(6)從化學(xué)平衡的角度秋:往氯化反應(yīng)體系中加入炭塊時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因是
碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度,使平衡向右移動(dòng),導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行;碳與氧氣反應(yīng)放熱,相當(dāng)于升高溫度,平衡向著右移動(dòng)
碳單質(zhì)與氧氣反應(yīng)減小產(chǎn)物濃度,使平衡向右移動(dòng),導(dǎo)致反應(yīng)順利進(jìn)行;碳與氧氣反應(yīng)放熱,相當(dāng)于升高溫度,平衡向著右移動(dòng)

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:

TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。

I.工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:

其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

(1)凈化鈦礦石時(shí),是否需要除去雜質(zhì)FeO?答:       (填“需要”或“不需要”)。

(2)凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理,寫出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

答:                                                     。

II.TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:

“方法一”是電解TiO2來(lái)獲得Ti(同時(shí)產(chǎn)生O2):將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaCl2為電解液,用碳?jí)K作電解槽池。

(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________。

(4)電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入碳?jí)K的原因是______________________。

“方法二”是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)生:

TiO2 (s)+2Cl2 (g)TiCl4(l)+O2(g)   ΔH=+151 kJ·mol1

所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行。

(5)已知:C(s)+O2 (g) =CO2 (g)   ΔH=-394 kJ·mol1。請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>

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

(6)從化學(xué)平衡的角度解釋:往氯化反應(yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因。

答:____________________________________________。

 

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源:2010年四川省綿陽(yáng)市高三考前模擬考試(理科綜合)化學(xué)部分 題型:填空題

TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。

I.工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:

其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

(1)凈化鈦礦石時(shí),是否需要除去雜質(zhì)FeO?答:        (填“需要”或“不需要”)。

(2)凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理,寫出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

答:                                                     

II.TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:

“方法一”是電解TiO2來(lái)獲得Ti(同時(shí)產(chǎn)生O2):將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaCl2為電解液,用碳?jí)K作電解槽池。

(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________。

(4)電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入碳?jí)K的原因是______________________。

“方法二”是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)生:

TiO2 (s)+2Cl2 (g)TiCl4(l)+O2 (g)   ΔH=+151 kJ·mol1

所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行。

(5)已知:C(s)+O2 (g) = CO2 (g)   ΔH=-394 kJ·mol1。請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>

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

(6)從化學(xué)平衡的角度解釋:往氯化反應(yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因。

答:____________________________________________。

 

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