Question

（ 12分）钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业和航海工业，下列是有关钛的冶炼及应用的问题。

（1）金属钛冶炼过程中其中一步反应是将原料金红石转化：TiO₂（金红石）+2C+2Cl₂  TiCl₄+2CO

已知：C（S）+O₂（g）＝CO₂（g）         H＝－393．5 kJ·mol^-1

2CO（g）＋O₂（g）＝2CO₂（g）  H＝-566 kJ·mol^-1

TiO₂（s）+2Cl₂（g）＝TiCl₄（s）+O₂（g）  H＝+141 kJ·mol^-1

则TiO₂（g）+2Cl₂（g）+2C（s）＝TiCl₄（s）+2CO（g）的H＝                     ，

（2）钠热还原法是冶炼金属钛的方法之一，主要反应原理为：4Na+TiCl₄     4NaCl+Ti，该反应不能在水溶液中进行，一是因为TiCl₄会强烈水解生成TiO₂，另一原因                                                             （用适当化学方程式辅以必要的文字说明）。

（3）镁还原法也是冶炼金属钛的常用方法，其主要反应原理如下：

        MgCl₂  Mg+Cl₂              TiCl₄+2Mg  2MgCl₂+Ti

从海水中提取MgCl₂时，先在海水中加入熟石灰，沉淀出Mg（OH）₂，写出Mg（OH）₂溶度积表达式：                          

可加入适当过量的熟石灰，从Mg（OH）₂溶解平衡角度解释其原因               

（4）TiCl₄与LiOH在水溶液中一定条件下可反应生成Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂），Li₄Ti₅O₁₂可与LiMn₂O₄（锰酸锂）等正极材料组成理离子二次电池，工作时Li⁺ 在电池内定向移动，其电池反应为：，使用时先充电，写出其充电式的阳极反应           ，放电时Li⁺的移动方向          。

 

Answer 1

（ 12分，每空2分）（1）-80kJ／mol

（2）2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，金属钠与水剧烈反应，不会置换出钛

（3）；氢氧根离子浓度增大，使氢氧化镁的溶解平衡左移，有利于氢氧化镁的析出

  （4）3LiMn₂O₄－3e^－＝3Li⁺+ 6MnO₂  从负极（Li₇Ti₅O₁₂）  移向正极（MnO₂）

解析:（1）考查盖斯定律的应用。设已知的3个反应依次为①②③，则①×2－②＋③即得到TiO₂（g）+2Cl₂（g）+2C（s）＝TiCl₄（s）+2CO（g），所以其反应热H＝（－393.5×2＋566＋141）kJ·mol^-1＝－80．0 kJ·mol^-1。

（2）钠属于活泼性金属，极易和水反应生成氢气，方程式为2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑。

（3）在一定条件下，当沉淀溶解达到平衡时生成物浓度的幂之积即为溶度积常数，所以Mg（OH）₂溶度积表达式。加入适当过量的熟石灰后，增大量溶液中的氢氧根离子浓度，使溶解平衡向逆反应方向移动，从而有沉淀析出。

(4) 充电时阳极失去电子，根据总反应式可看出锰的化合价升高，所以阳极的电极反应式为3LiMn₂O₄－3e^－＝3Li⁺+ 6MnO₂。放电相当于原电池，阳离子向正极移动。