Question

【題目】21世紀是鈦的世紀。下面是利用鈦白粉(TiO2)生產海綿鈦(Ti)的一種工藝流程：

已知：

① Mg(s)＋Cl2 (g)＝MgCl2 (s) △H＝－641 kJ·mol－1

② Cl2(g)＋1/2Ti (s)＝1/2TiCl4 (l) △H＝－385 kJ·mol－1

（1）反應Ⅰ在800～900℃下進行，還生成一種可燃性無色氣體，

該反應的化學方程式為 。

（2）反應Ⅱ的熱化學方程式為 。

（3）反應Ⅱ中充入氣體Ar的原因是 。

（4）在800℃～1000℃時電解TiO2也可制得海綿鈦，裝置如右上圖所示。

圖中b是電源的 極，陰極的電極反應式為 。

Answer 1

【答案】（1）2Cl2+2C+TiO2 = TiCl4+2CO

（2）2Mg(s)＋TiCl4 (l)＝Ti (s) ＋ 2MgCl2 (s) △H＝-512 kJ·mol－1

（3）作保護氣，防止金屬被氧化 （4）正， TiO2 + 4e- = Ti + 2O2-

【解析】

試題分析：（1）反應Ⅰ是氯氣和鈦白粉、焦炭反應生成鈦和一種可燃性無色氣體，依據原子守恒可知氣體為一氧化碳，反應的化學方程式為：2Cl2+2C+TiO2 = TiCl4+2CO；

（2）① Mg(s)＋Cl2 (g)＝MgCl2 (s) △H＝－641 kJ·mol－1

② Cl2(g)＋1/2Ti (s)＝1/2TiCl4 (l) △H＝－385 kJ·mol－1

根據蓋斯定律①×2-②×2，得2Mg(s)＋TiCl4 (l)＝Ti (s) ＋ 2MgCl2 (s) △H＝-512 kJ·mol－1；

（3）反應Ⅱ充入氬氣作保護氣，防止金屬被氧化；

（4）電解池的陽極是氧離子發生失電子的氧化反應，導致氧氣等氣體的出現，所以電極反應式為： 2O2-=O2↑+4e-，則b是電源的正極，電解池的陰極發生得電子的還原反應，是二氧化鈦電極本身得電子的過程，即TiO2 + 4e- = Ti + 2O2-。