Question

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處理。寫出該過程中發(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)）來制取TiCl₄，請(qǐng)說明判斷該反應(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�確的是        

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

 

Answer 1

【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)I₃^－3I^－，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