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，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=+151kJ/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=-394kJ/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，氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因是

 

．
（3）如圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖．電池的一個由有機(jī)光敏染料（S）涂覆TiO₂納米晶體表面制成，另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑李自成，電池中發(fā)生的反應(yīng)為：

TiO₂/S

hv

TiO₂/S^* （激發(fā)態(tài)）    TiO₂/S^*→TiO₂/S⁺+e^-
I₃^-+2e^-→3I^-2TiO₂/S^*+I₃^-→2TiO₂/S+I₃^-
下列關(guān)于該電池敘述正確的是

 

A．電池工作時，I^-離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電     B．電池工作時，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^-濃度不會減少      D．電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)二氧化硅、氧化鋁和氫氧化鈉的性質(zhì)分析；步驟③是TiOSO₄的水解過程，水解吸熱．從反應(yīng)程度來分析；
（2）用△H-T△S來判斷反應(yīng)能否發(fā)生；將方程式TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1和C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-394kJ?mol^-1相加，得出TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)制各TiCl₄的熱化學(xué)方程式；向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反應(yīng)體系中加C，能反應(yīng)掉生成物O₂，從化學(xué)平衡移動的角度分析；
（3）由圖電子的移動方向可知，鍍鉑導(dǎo)電玻璃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^-．

解答： 解：（1）氧化鋁是兩性氧化物，既能和強(qiáng)酸反應(yīng)又能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，二氧化硅是酸性氧化物，能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成硅酸鈉和水SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O；步驟③是TiOSO₄的水解過程，水解吸熱，加熱能促進(jìn)水解，可以使TiOSO₄水解趨于完全，
故答案為：Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O； TiOSO₄的水解TiOSO₄+2H₂OH₂TiO₃↓+H₂SO₄是一個吸熱反應(yīng)，加熱促進(jìn)TiOSO₄水解趨于完全；
（2）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol該反應(yīng)中，反應(yīng)物有2mol氣體，生成物只有1mol氣體，△S＜0，又△H＞0，則△H-T△S＞0，故反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；
①TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-394kJ?mol^-1
據(jù)蓋斯定律，①+②得：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+C（s）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=+151kJ?mol^-1-394kJ?mol^-1=-243KJ?mol^-1；
在反應(yīng)TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應(yīng)C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動，反應(yīng)就可以進(jìn)行了．
故答案為：該反應(yīng)的△H＞0，△S＜0，反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行-243KJ?mol^-1 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，使反應(yīng)能順利進(jìn)行；
 （3）由圖電子的移動方向可知，導(dǎo)電玻璃鍍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^-，
A、電池工作時，I^-離子在鉑電極上放電，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯誤；
B、該電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，故B正確；
C、電池的電解質(zhì)溶液中I^-的濃度增加，但是I₃^-的濃度會減少，故C錯誤．
D、電池工作時，I₃^-到Pt電極正極上得電子轉(zhuǎn)化為I^-，即反應(yīng)為I₃^-+2e^-=3I^-，則鍍鉑導(dǎo)電玻璃正極，故D正確；
故答案為：BD．

點(diǎn)評：本題考查范圍廣，落點(diǎn)比較高，是易錯題，注意熱化學(xué)反應(yīng)方程式相加減時，反應(yīng)熱應(yīng)相應(yīng)的加減．