Question

、TiO₂可通過下述兩種方法制備金屬鈦：
方法一：電解TiO₂來獲得Ti，將處理過的TiO₂作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解液，用石墨作電解槽池．
（1）陽極的電極反應式為

 

．
（2）電解過程中需定期更換石墨電極的原因是

 

．
方法二：先將TiO₂與Cl₂、C反應得到TiCl₄，再用鎂還原得到Ti．
（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+151kJ?mol^-1該反應難以發(fā)生，原因是

 

．
不能直接由TiO₂ 和Cl₂反應（即氯化反應）來制取TiCl₄，當往氯化反應體系中加入碳后，碳與上述反應發(fā)生耦合，使反應在高溫條件下能順利進行．
（4）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ?mol^-1
TiO₂（s）+C（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）+CO₂（g）△H=

 

（5）從化學平衡的角度解釋：往氯化反應體系中加入碳時，氯化反應能順利進行的原因

 

．

Answer 1

考點：電解原理,熱化學方程式

專題：化學反應中的能量變化

分析：（1）電解池的陰極上得電子反應還原反應生成金屬鈦，陽極上是氧離子失電子發(fā)生氧化反應產生氧氣；
（2）根據(jù)電解槽的陽極是氧離子失電子發(fā)生氧化反應產生氧氣進行分析；
（3）用判據(jù)△H-T△S來判斷反應能否發(fā)生；
（4）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反應制各TiCl₄的熱化學方程式；
（5）向TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）反應體系中加C，能反應掉生成物O₂，從化學平衡移動的角度分析．

解答： 解：（1）電解時，陰極上得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為TiO₂+4e-=Ti+2O^2-，陽極上是氧離子失電子發(fā)生氧化反應產生氧氣，電極反應為：2O^2--4e^-=O₂，故答案為：2O^2--4e^-=O₂；
（2）由于電解過程中，電解槽的陽極產生氧氣，碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少，所以電解過程中需定期向電解槽池中加入炭塊，
故答案為：碳單質會與陽極產生的氧氣反應而不斷減少；
（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g）△H=+151kJ/mol該反應中，反應物有2mol氣體，生成物只有1mol氣體，△S＜0，又△H＞0，則△H-T△S＞0，故反應不能自發(fā)進行，故答案為：該反應的△H＞0，△S＜0，反應難以自發(fā)進行；
（4）已知：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，故答案為：-243KJ?mol^-1；
（5）在反應TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（l）+O₂（g）中，加入C能和O₂反應C（s）+O₂（g）=CO₂（g），降低了O₂的濃度，平衡正向移動，反應就可以進行了，
故答案為：TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（1）+O₂（g） 碳與氧氣反應，減小了產物O₂（g）的濃度，平衡向正反應方向移動，使反應能順利進行．

點評：本題考查范圍廣，落點比較高，是易錯題，設計電化學、熱化學等知識的考查，注意熱化學反應方程式相加減時，反應熱應相應的加減．