TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。
(1)工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:
其中,步驟②發(fā)生的主要反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3 == TOSO4(硫酸氧鈦)+FeSO4+2H2O
凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理。寫(xiě)出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:________________。
步驟③中加熱的目的是(請(qǐng)寫(xiě)出必要的化學(xué)方程式和文字): 。
(2)用TiO2制備金屬鈦的一種方法是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)生:TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g) △H=+151 kJ/mol。所以不能直接由TiO2和Cl2反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4,請(qǐng)說(shuō)明判斷該反應(yīng)難以發(fā)生的理由是_______。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行生成TiCl4。
已知:C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=394 kJ/mol。
則TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(1)+CO2(g) △H=________
從化學(xué)平衡的角度解釋?zhuān)和然磻?yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因是_______________。
(3)下圖是一種染料敏化太陽(yáng)能電池的示意圖。電池的一個(gè)由有機(jī)光敏染料(S)涂覆TiO2納米晶體表面制成,另一電極由導(dǎo)電玻璃鍍鉑構(gòu)成,電池中發(fā)生的反應(yīng)為:
TiO2/STiO2/S* (激發(fā)態(tài))
TiO2/S* TiO2/S+ + e-
I3-+2e-3I-
2TiO2/S*+I3- 2TiO2/S + I3-
下列關(guān)于該電池?cái)⑹稣_的是
A.電池工作時(shí),I-離子在鍍鉑導(dǎo)電玻璃電極上放電
B.電池工作時(shí),是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能
C.電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3- 濃度不會(huì)減少
D.電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極
(共14分)(1)Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O (2分) SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O(2分)
TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一個(gè)吸熱反應(yīng),加熱促進(jìn)TiOSO4水解趨于完全。(2分) (2)該反應(yīng)的△H>0,△S<0,反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行(2分);-243kJ/mol(2分);TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g) 碳與氧氣反應(yīng),減小了產(chǎn)物O2(g)的濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),使反應(yīng)能順利進(jìn)行(1分) (3)BCD(3分)
【解析】
試題分析:(1)由于鈦礦石中含有氧化鋁和二氧化硅,氧化鋁是兩性氫氧化物,二氧化硅是酸性氧化物,它們均能和氫氧化鈉溶液反應(yīng),所以該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O、SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O。步驟③是TiOSO4的水解生成鈦酸的過(guò)程,由于TiOSO4的水解TiOSO4 + 2H2OH2TiO3↓+ H2SO4是一個(gè)吸熱反應(yīng),因此加熱的目的是促進(jìn)TiOSO4水解趨于完全。(2)根據(jù)反應(yīng)的方程式可知,該反應(yīng)是吸熱的、體積減小的可逆反應(yīng),即該反應(yīng)的△H>0,△S<0, 所以反應(yīng)難以自發(fā)進(jìn)行;根據(jù)反應(yīng)①TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g)和反應(yīng)②C(s)+O2(g)=CO2(g)并結(jié)合蓋斯定律可,①+②即得到TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(1)+CO2(g) ,所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=+151 kJ/mol-394 kJ/mol=-243kJ/mol。由于碳與氧氣反應(yīng),減小了產(chǎn)物O2(g)的濃度,使可逆反應(yīng)TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(1)+O2(g)向正反應(yīng)方向移動(dòng),所以能使反應(yīng)能順利進(jìn)行。
(3)根據(jù)圖中電子的移動(dòng)方向可知,在外電路中電子由負(fù)極流向正極,即半導(dǎo)材料TiO2與染料為原電池的負(fù)極,鉑電極為原電池的正極,電解質(zhì)為I3-和I-的混合物,I3-在正極上得電子被還原,正極反應(yīng)為I3-+2e-=3I-。則
A、電池工作時(shí),I=離子在鉑電極上放電,發(fā)生氧化反應(yīng),A不正確;
B. 該電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,故B正確;
C. 將已知的4個(gè)反應(yīng)合并即得到總反應(yīng)I3-3I-,所以電池的電解質(zhì)溶液中I-和I3- 濃度不會(huì)減少,C正確;
D.電池中鍍鉑導(dǎo)電玻璃為正極,D正確,答案選BCD。
考點(diǎn):考查物質(zhì)的分離與提純;外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響;反應(yīng)自發(fā)性的判斷;電化學(xué)原理的有關(guān)應(yīng)用
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:閱讀理解
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。
I.工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:
其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。
(1)凈化鈦礦石時(shí),是否需要除去雜質(zhì)FeO?答: (填“需要”或“不需要”)。
(2)凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理,寫(xiě)出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。
答: 。
II.TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:
“方法一”是電解TiO2來(lái)獲得Ti(同時(shí)產(chǎn)生O2):將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaCl2為電解液,用碳?jí)K作電解槽池。
(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________。
(4)電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入碳?jí)K的原因是______________________。
“方法二”是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)生:
TiO2 (s)+2Cl2 (g)TiCl4(l)+O2(g) ΔH=+151 kJ·mol-1
所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行。
(5)已知:C(s)+O2 (g) =CO2 (g) ΔH=-394 kJ·mol-1。請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>
TiO2 (s)+C(s)+2Cl2 (g) = TiCl4 (l)+CO2(g) ΔH= ______________
(6)從化學(xué)平衡的角度解釋?zhuān)和然磻?yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因。
答:____________________________________________。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源:2010年四川省綿陽(yáng)市高三考前模擬考試(理科綜合)化學(xué)部分 題型:填空題
TiO2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途。
I.工業(yè)上用鈦礦石(FeTiO3,含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))經(jīng)過(guò)下述反應(yīng)制得:
其中,步驟②發(fā)生的反應(yīng)為:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。
(1)凈化鈦礦石時(shí),是否需要除去雜質(zhì)FeO?答: (填“需要”或“不需要”)。
(2)凈化鈦礦石時(shí),需用濃氫氧化鈉溶液來(lái)處理,寫(xiě)出該過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。
答: 。
II.TiO2可通過(guò)下述兩種方法制備金屬鈦:
“方法一”是電解TiO2來(lái)獲得Ti(同時(shí)產(chǎn)生O2):將處理過(guò)的TiO2作陰極,石墨為陽(yáng)極,熔融CaCl2為電解液,用碳?jí)K作電解槽池。
(3)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________________。
(4)電解過(guò)程中需定期向電解槽池中加入碳?jí)K的原因是______________________。
“方法二”是先將TiO2與Cl2、C反應(yīng)得到TiCl4,再用鎂還原得到Ti。因下述反應(yīng)難于發(fā)生:
TiO2 (s)+2Cl2 (g)TiCl4(l)+O2 (g) ΔH=+151 kJ·mol-1
所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反應(yīng)(即氯化反應(yīng))來(lái)制取TiCl4。當(dāng)往氯化反應(yīng)體系中加入碳后,碳與上述反應(yīng)發(fā)生耦合,使得反應(yīng)在高溫條件下能順利進(jìn)行。
(5)已知:C(s)+O2 (g) = CO2 (g) ΔH=-394 kJ·mol-1。請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>
TiO2 (s)+C (s)+2Cl2 (g) = TiCl4 (l)+CO2 (g) ΔH= ______________
(6)從化學(xué)平衡的角度解釋?zhuān)和然磻?yīng)體系中加入碳時(shí),氯化反應(yīng)能順利進(jìn)行的原因。
答:____________________________________________。
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