Question

【题目】TiO2在工业生产和日常生活中有重要用途。

I、工业上用钛铁矿石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤③发生的反应为：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

（1）写出钛元素在周期表中的位置______________。

净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO?____ ________（填“需要”或“不需要”）

（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中两性氧化物发生反应的离子反应方程式：____________________。

（3）④中加入的X可能是( )

A．H2O2 B．KMnO4 C．KOH D．SO2

（4）④⑤两步的目的是___________________________。

（5）写出⑥的化学反应方程式_____________________。

II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛：方法一是电解TiO2来获得Ti（同时产生O2）：

将处理过的TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl2为电解液，用碳块作电解槽池。

（6）阴极反应的电极反应式为_____________________。

（7）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是__________________。

方法二是先将TiO2与Cl2、C反应得到TiCl4，再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生：

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

所以不能直接由TiO2和Cl2反应（即氯化反应）来制取TiCl4。请从反应原理角度说明该反应难进行的原因__________________。

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）（写成四羟基铝酸根也是对的）（3）A（2分）

（4）除去亚铁离子（2分）（5） TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4(2分)

（6）TiO2+4e-=Ti+2O2-（或Ti4++4e-=Ti）（2分）

（7）碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少（2分）

（8）该反应的△H>0，△S<0，反应难自发进行。（2分）

【解析】

试题分析：（1）钛的原子序数是22，在周期表中的位置是第四周期IVB族；氧化亚铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，所以净化钛矿石时，不需要除去杂质FeO；

（2）氧化铝是两性氧化物，既能和强酸反应又能和强碱反应生成盐和水，离子方程式为Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O ；

（3）要除去亚铁离子，需要首先转化为铁离子，又因为不能引入杂质，所以X试剂应该是双氧水，答案选A。

（4）根据以上分析可知④⑤两步的目的是除去亚铁离子；

（5）根据转化关系图可知反应⑥中反应物是TiOSO4，生成物是TiO2·2H2O ，因此反应的方程式为TiOSO4+2H2O=TiO2·2H2O↓+H2SO4；

（6）电解时，阴极上得电子发生还原反应，所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子，电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-；

（7）由于电解过程中，电解槽的阳极产生氧气，碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少，所以电解过程中需定期向电解槽池中加入炭块；

（8）根据方程式可知该反应的△H>0，△S<0，所以依据△G＝△H－T△S可知该反应难自发进行。