Question

8．鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，江西省釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量十分豐富．如圖1所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產(chǎn)業(yè)鏈可以大大提高資源利用率，減少環(huán)境污染．請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />
（1）寫出鈦鐵礦經(jīng)氯化法得到四氯化鈦的化學(xué)方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（2）已知：
①M(fèi)g（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=-641kJ•mol^-1
②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）；△H=-770kJ•mol^-1
則2Mg（s）+TiCl₄（g）=2MgCl₂（s）+Ti（s）；△H-512kJ/mol
（3）在上述產(chǎn)業(yè)鏈中，合成192t甲醇理論上需額外補(bǔ)充H₂10t（不考慮生產(chǎn)過(guò)程中物質(zhì)的任何損失）．
（4）工業(yè)上常利用反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0合成甲醇，在230℃～270℃最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2.230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是X（填字母）；該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍是B（填字母）．
A．1～1.5       B．2.5～3       C．3.5～4.5
（5）制甲醇所需要的氫氣，可用下列反應(yīng)制�。篐₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，
某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．試回答下列問(wèn)題：
①該溫度下，若起始時(shí)c（CO）=1mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.5mol•L^-1，則此時(shí)該反應(yīng)v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若降低溫度，該反應(yīng)的K值將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（6）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖3所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時(shí)，OH^-向極移動(dòng)b（填“a”或“b”）．
②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）由流程圖可知，F(xiàn)eTiO₃在高溫下與焦炭、氯氣反應(yīng)得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、CO；
（2）由蓋斯定律，①×2-②可得：2Mg（s）+TiCl₄（l）═2MgCl₂（s）+Ti（s），反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算；
（3）計(jì)算合成甲醇時(shí)需要CO、H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)氯化過(guò)程方程式計(jì)算需要氯氣物質(zhì)的量，再由氯氣的物質(zhì)的量計(jì)算電解飽和食鹽水過(guò)程中生成氫氣物質(zhì)的量，可得需要補(bǔ)充氫氣的物質(zhì)的量；
（4）正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越小；選擇的溫度應(yīng)使CO盡可能轉(zhuǎn)化；
（5）①計(jì)算濃度商，與平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行分析，進(jìn)而確定正逆反應(yīng)速率關(guān)系；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行；
（6）①由裝置圖，可知a為正極，b為負(fù)極，原電池中陰離子移向負(fù)極；
②電池反應(yīng)為甲醇和氧氣反應(yīng)生成碳酸鉀、水，結(jié)合電荷守恒書寫離子方程式．

解答 解：（1）鈦鐵礦在高溫下與焦炭經(jīng)氯化得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、CO，該反應(yīng)化學(xué)方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）已知：①M(fèi)g（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641KJ/mol
②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）△H=-770KJ/mol
由蓋斯定律，①×2-②得到熱化學(xué)方程式為：2Mg（s）+TiCl₄（l）═2MgCl₂（s）+Ti（s），故△H=（-641kJ/mol）×2-（-770 kJ/mol）=-512kJ/mol；
故答案為：-512kJ/mol；
（3）生成甲醇的物質(zhì)的量為$\frac{192×1{0}^{6}g}{32g/mol}$=6×10⁶mol，由CO+2H₂→CH₃OH 可知，需要CO為6×10⁶mol，需要?dú)錃鉃?2×10⁶mol，由2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，可知需要氯氣為6×10⁶mol×$\frac{7}{6}$=7×10⁶mol，由2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，可知電解生成氫氣為7×10⁶mol，故需要補(bǔ)充的氫氣為：12×10⁶mol-7×10⁶mol=5×10⁶mol，故需要補(bǔ)充氫氣為5×10⁶mol×2g/mol=10×10⁶g=10t，
故答案為：10；
（4）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率越小，結(jié)合圖象可知，230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是X；
230℃時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)釆用的合成氣組成n（H₂）：n（CO）的比值為2.5〜3時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，故選B，
故答案為：X；B；
（5）①若起始時(shí)c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2mol/L，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.5mol/L
                        H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）：2             1             0             0
變化量（mol/L）：0.5           0.5         0.5           0.5
某時(shí)刻（mol/L）：1.5           0.5         0.5           0.5
Qc=$\frac{0.5×0.5}{1.5×0.5}$=$\frac{1}{3}$＜K=1，故反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)該反應(yīng)v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值將增大，
故答案為：增大；
（6）①裝置圖分析可知a為正極，b為負(fù)極，該電池工作時(shí)，OH^-向b極移動(dòng)，
故答案為：b；
②電池反應(yīng)為甲醇和氧氣反應(yīng)生成碳酸鉀、水，反應(yīng)的離子方程式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)計(jì)算、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)影響因素與應(yīng)用、電解原理等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)．