Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率。

請(qǐng)回答下列問題：

（1）氫寫出Ti原子的核外電子排布式______。

（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應(yīng)得到四氯化鈦的化學(xué)方程式               。

（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再經(jīng)焙燒制得。水解時(shí)需加入大量的水并加熱，請(qǐng)結(jié)合化學(xué)方程式和必要的文字說(shuō)明原因：                                。

（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar氣中進(jìn)行，反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于           ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點(diǎn)/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸點(diǎn)/℃	136.4	1090	1412	3287

 

（5）CH₃OH（l）的燃燒熱△H=-726.5kJ/mol，請(qǐng)寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式  。以甲醇和氧氣（或空氣）、電解液為L(zhǎng)i₂CO₃和K₂CO₃的熔融物組成燃料電池，該電池負(fù)極反應(yīng)式為__________________。

由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO(g)＋2H₂(g)= CH₃OH(g)。若不考慮生產(chǎn)過(guò)程中物質(zhì)的任何損失，上述產(chǎn)業(yè)鏈中每合成9mol甲醇，至少需額外補(bǔ)充H₂    mol。

 

Answer 1

【答案】

（1）1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²  (2分)

（2）2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO (2分)

（3）TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl △H﹥0加入大量水并加熱，都能使水解反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，促進(jìn)水解趨于完全。(3分)

（4）1412 (2分)

（5）2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol (2分)

CH₃OH + 3CO₃^2- - 6e^- ＝ 4CO₂ + 2H₂O  (2分） 7.5  (3分）

【解析】

試題分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²  ，故處于第四周期第ⅣB族；

（2）從圖示可知氯化時(shí)的反應(yīng)物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式為2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO ；

發(fā)生TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進(jìn)行；

（4）在Ar氣中進(jìn)行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃；

（5）根據(jù)燃燒熱的定義：在25℃、101kPa時(shí)，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)放出的熱量，C轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H轉(zhuǎn)化為液態(tài)水．故可以得出CH₃OH完全燃燒的熱化學(xué)方程式；2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol；以甲醇和氧氣（或空氣）、電解液為L(zhǎng)i₂CO₃和K₂CO₃的熔融物組成燃料電池，在電池工作時(shí)，CO₃^2-移向負(fù)極。CH₃OH在負(fù)極上失去電子，在CO₃^2-的作用下生成CO₂氣體，O₂在正極上得到電子，在CO₂的作用下生成CO₃^2-，其電極反應(yīng)式為

負(fù)極：CH₃OH－6e^－＋3CO₃^2-4CO₂↑＋2H₂O

正極：O₂＋6e^－＋3CO₂3CO₃^2-

由CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）可知，合成9mol甲醇需要n（CO）=9mol、n（H₂）=18mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂ 2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=n（CO）=mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=mol，故需額外補(bǔ)充H₂ 為18mol-mol=7.5mol。

考點(diǎn)：化學(xué)工藝流程題目。