TiO2俗称钛白粉,用途广泛,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。工业上利用TiO2制备金属钛的流程如下。已知:I.Ti(s)+O2(g)=TiO2(s)
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TiO2俗称钛白粉,用途广泛,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。工业上利用TiO2制备金属钛的流程如下。已知:I.Ti(s)+O2(g)=TiO2(s)
题型:不详
难度:
来源:
TiO
2
俗称钛白粉,用途广泛,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。工业上利用TiO
2
制备金属钛的流程如下。
已知:I.
Ti(s)+O
2
(g)=TiO
2
(s) △H=-946 kJ·mol
-1
2C(s)+O
2
(g)=2CO(g) △H=-221 kJ·mol
-1
Ti(s)+2Cl
2
(g)=TiCl
4
(g) △H=-815 kJ·mol
-1
II.某温度下各物质的沸点如下:
物质
TiCl
4
FeCl
3
SiCl
4
AlCl
3
沸点/℃
136
310
56.5
180
回答下列问题:
(1)在氯化工序中发生反应:TiO
2
(s)+2Cl
2
(g)+2C(s)
TiCl
4
(g)+2CO (g) 。试计算其反应的△H=
kJ•mol
-1
;反应的平衡常数表达式K=
,在下图中作出TiCl
4
达到平衡后百分含量随温度的变化趋势图。
(2)氯化过程中带入的副产物有FeCl
3
、SiCl
4
和AlCl
3
,可用
方法获得较纯净的TiCl
4
。
(3)TiO
2
与Cl
2
反应:TiO
2
(s)+2Cl
2
(g)
TiCl
4
(l)+O
2
(g)△H=+151kJ•mol
-1
。该反应在高温条件下但难以发生,但加入碳后反应能顺利进行,试解析上述原因
(4)还原工序要在惰性气体的气氛中进行的理由是_______________________。
(5)制取Ti的新工艺是用二氧化钛作阴极,以石墨为阳极,以CaCl
2
熔盐做电解质(在熔融状态下能传导O
2
-
),电解而得到Ti,该工艺具有操作简单,成本低,无污染等优点,写出电解制备金属钛时阴极的电极反应式:
。
答案
(16分)
(1)—90 (2分);
(平衡常数2分,作图2分,共4分)
(2)蒸馏(分馏) (2分)
(3)降低生成物O
2
浓度,平衡向正方向移动 (或者碳与氧气反应放热,升高温度,导致平衡向吸热反应方向或正反应方向移动,3分)
(4)防止高温下Na(Ti)与空气中的O
2
(或CO
2
)作用(2分)
(5)TiO
2
+4e
-
=Ti+2O
2
-
(3分)
解析
试题分析:(1)先将已知热化学方程式编号为①②③,观察发现③—①+②可以约去Ti(s)、O
2
(g),根据盖斯定律,可以得到热化学方程式:TiO
2
(s)+2Cl
2
(g)+2C(s)
TiCl
4
(g)+2CO (g) △H=-90 kJ·mol
-1
;根据平衡常数定义可知,
;由于正反应的△H=-90 kJ·mol
-1
,正反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向或逆反应方向移动,则TiCl
4
的百分含量逐渐减小,即随着温度的升高,TiCl
4
的百分含量逐渐减小;(2)读表中信息,TiCl
4
的沸点与杂质相差较大,因此可以利用沸点差异大的性质,选择蒸馏或分馏进行分离提纯;(3)从外界条件对化学平衡移动的角度分析,加入碳后,碳能与氧气反应生成二氧化碳,即C(s)+O
2
(g)=CO
2
(g),减小氧气浓度,使平衡向正反应方向移动;同时碳与氧气反应放出热量,使体系温度升高,由于正反应是吸热反应,则升温平衡向正反应方向移动;(4)还原工序中加入的钠是强氧化剂,容易被空气中氧气或水、二氧化碳等物质氧化,在惰性气体氛围中能防止高温下Na(Ti)与空气中的O
2
(或CO
2
)作用,提高钛的产率;(5)根据电解原理,阴极的主要反应物和产物分别是二氧化钛和单质钛,即TiO
2
→Ti;由于钛元素由+4价降为0价,得到4个电子,则TiO
2
+4e
—
→Ti;由于内电路中熔融电解质中氧离子可以传导,因此用氧离子使左右电荷守恒,即TiO
2
+4e
—
→Ti+2O
2—
;所以,阴极反应式为TiO
2
+4e
-
=Ti+2O
2
-
。
举一反三
工业上用重晶石(BaSO
4
)制备BaCO
3
的常用方法主要有高温锻烧还原法、沉淀转化法等。高温煅烧还原法的工艺流程可简单的表示如下:
(1)若“煅烧”时产生一种有毒的还原性气体,则反应的化学方程式为______。
(2)工业上煅烧重晶石矿粉时,为使BaSO
4
得到充分的还原和维持及应所需的高温,应采取的措施是______。
a.加人过量的炭,同时通入空气 b.设法将生成的BaS及时移出
(3)在第一次过滤后洗涤,检验是否洗涤干净的试剂最好是______。
(4)沉淀转化法制备BaCO
3
可用饱和Na
2
CO
3
溶液将BaSO
4
转化为BaCO
3
:
BaSO
4
(s)+CO
3
2
-
(aq)
BaCO
3
(s)+SO
4
2
-
(aq)
则:①在实验室将少量BaSO
4
固体全部转化为BaCO
3
的实验操作方法与步骤为______。
②与高温煅烧还原法相比,沉淀转化法的优点主要有______。
③已知:K
sp
(BaCO
3
)=2.40×10
-
9
,K
sp
(BaSO
4
)=1.20×10
-
10
。现欲用沉淀转化法将BaSO
4
转化为BaCO
3
,该反应的平衡常数为______。如用1.00 L 0. 210 mol • L
-
1
Na
2
CO
3
溶液处理,试计算BaSO
4
被转化的质量______(要有计算过程,结果保留3位有效数字)。
题型:不详
难度:
|
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A.可利用废油脂制肥皂
B.水玻璃可用于制造木材防火剂
C.煤经气化和液化的物理变化可变为清洁燃料
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题型:不详
难度:
|
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氮化硅( Si
3
N
4
)是一种优良的高温结构陶瓷,在工业生产和科技领域有重要用途.
I.工业上有多种方法来制备氮化硅,常见的方法有:
方法一:直接氮化法:在1300℃-1400℃时,高纯粉状硅与纯氮气化合,其反应方程式为
。
方法二:化学气相沉积法:在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HC1,与方法一相比,用此法制得的氮化硅纯度较高,其原因是
.
方法三:Si(NH
2
)
4
热分解法:先用四氯化硅与氨气反应生成Si(NH
2
)
4
和一种气体(填分子式)________;然后使Si(NH
2
)
4
受热分解,分解后的另一种产物的分子式为
。
II.工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下:
已知:X、高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应,Y与X在光照或点燃条件下可反应,Z的焰色呈黄色.
(1)原料B的主要成分是(写名称)
。
(2)写出焦炭与原料B中的主要成分反应的化学方程式:
。
(3)上述生产流程中电解A的水溶液时,阳极材料能否用Cu
(填“能”或“不能”),写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式:
阳极:
;阴极:
。
题型:不详
难度:
|
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K
2
SO
4
是无氯优质钾肥,Mn
3
O
4
是生产软磁铁氧体材料的主要原料。以硫酸工业的尾气联合制备K
2
SO
4
和Mn
3
O
4
的工艺流程如下:
(1)几种盐的溶解度见图。反应III中,向(NH
4
)
2
SO
4
溶液中加入KCl溶液充分反应后,进行蒸发浓缩、
、洗涤、干燥等操作即得K
2
SO
4
产品。
(2)检验K
2
SO
4
样品是否含有氯化物杂质的实验操作是:
。
(3)反应IV的化学方程式为
。
(4)Mn
3
O
4
与浓盐酸加热时发生反应的离子方程式为
。
(5)下图是煅烧MnSO
4
•H
2
O时温度与剩余固体质量变化曲线。
①该曲线中B段所表示物质的化学式为
。
②煅烧过程中固体锰含量随温度的升高而增大,但当温度超过1000℃时,再冷却后,测得产物的总锰含量反而减小。试分析产物总锰含量减小的原因:
。
题型:不详
难度:
|
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用石灰乳、石灰氮(CaCN
2
)和炼厂气(含H
2
S)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的CS(NH
2
)
2
(硫脲),其部分工艺流程如下:
(1)高温下,H
2
S存在下列反应:2H
2
S(g)
2H
2
(g)+S
2
(g),其平衡常数表达式为K=。
(2)用石灰乳吸收H
2
S制取Ca(HS)
2
需要在低温下进行,其原因是
;过滤得到的滤渣可再利用,滤渣的主要成分是
(填化学式)。
(3)合成硫脲需长时间搅拌,并在较高温度(80℃-85℃)下进行,其目的是
。
Ca(HS)
2
与CaCN
2
在水溶液中合成硫脉的化学方程式为
。
(4)化合物X与硫脲互为同分异构体,X加入FeCl
3
溶液中,溶液显红色,X的化学式为
。
题型:不详
难度:
|
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