Question

工業上生產金屬鈦的方法很多。以鈦鐵礦（主要成分FeTiO₃，鈦酸亞鐵）為主要原料冶煉金屬鈦，生產的工藝流程圖如下，其中鈦鐵礦與濃硫酸發生反應的化學方程式為：
FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O
 
回答下列問題：
（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應屬于______________________ （選填“氧化還原反應”或“非氧化還原反應”）。
（2）上述生產流程中加入物質A的目的是防止Fe^2＋被氧化，物質A是________，上述制備TiO₂的過程中，所得到的副產物和可回收利用的物質分別是__________、___________。
（3）反應TiCl₄＋2Mg＝2MgCl₂＋Ti在Ar氣氛中進行的理由是_______________。
（4）由二氧化鈦制取四氯化鈦所涉及的反應有：
TiO₂ (s)+ 2Cl₂ (g) +2C(s) ＝TiCl₄(g) + 2CO(g)    ΔH₁ = －72 kJ?mol^-1 
TiO₂(s) + 2Cl₂ (g) ＝TiCl₄(g) + O₂ (g)   ΔH₂ =+38.8kJ?mol^－1
C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)?   ΔH₃ =+282.8kJ?mol^－1
①反應C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)在高溫下能夠自發進行的原因是______________________。
②反應C(s)＋O₂(g)＝CO₂ (g)的ΔH＝_______________。
（5）研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質，利用下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。①寫出陽極所發生反應的電極反應式：________________________________。

②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結合化學用語解釋）                                                                              。

Answer 1

（1）非氧化還原反應 （2分） （2）Fe （2分） 綠礬 硫酸 （各1分）
（3）防止高溫下Mg（Ti）與空氣中的氧氣（或CO₂、N₂）作用） （2分）
（4）① 該反應的△S＞0（熵增）（2分） ②－393.6 kJ／mol （2分，單位1分）    
（5）① 2O^2- - 4e^- = O₂↑（同時寫出C + O₂ = CO₂不扣分）
或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑（2分）
②制備TiO₂時，在電解槽發生如下反應：2CaO 2Ca + O₂↑， 
2Ca + TiO₂Ti + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。（4分）

解析試題分析：
（1）該反應中未發生化合價的變化。    
（2）利用鐵的還原性，防止亞鐵被氧化    由流程圖可知副產物有：綠礬和硫酸
（3）利用惰性氣體隔絕空氣，防止發生副反應。
（4）①根據ΔG=ΔH – TΔS < 0 能自發進行，則該反應的ΔS > 0。
（5）①熔融CaF₂-CaO作電解質，該條件下能存在O^2-
② 電解槽中發生反應：2CaO="2Ca" + O₂↑，  2Ca + TiO₂="Ti" + 2CaO，所以CaO的量不變。
考點：本題考查了氧化還原反應，物質的保存，電化學方程書寫，焓判據使用等知識。