Question

18．某經(jīng)濟開發(fā)區(qū)將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖1所示），大大地提高了資源利用率，減少了環(huán)境污染．

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）寫出鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（2）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①已知該反應(yīng)在300℃時的化學(xué)平衡常數(shù)為0.27，該溫度下將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，比較此時反應(yīng)：v_（正）＜v_（逆）．
②若不考慮生產(chǎn)過程中物質(zhì)的任何損失，該產(chǎn)業(yè)鏈中每合成19.2t甲醇，至少需額外補充H₂1.0t．（提示：電解飽和食鹽水產(chǎn)生的氫氣不算在內(nèi)）
（3）用甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池作電源電解精煉粗銅（圖2），在接通電路一段時間后純Cu質(zhì)量增加3.2g．
①請寫出燃料電池中的負(fù)極反應(yīng)式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②燃料電池正極消耗空氣的體積是2.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)以20%計算）．
（4）在25℃下，將a mol•L^-1的氨水與0.01mol•L^-1的鹽酸等體積混合，反應(yīng)時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）．則溶液顯中性（填“酸”、“堿”或“中”）；用含a的代數(shù)式表示NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{10{\;}^{-9}}{a-0.01}$．

Answer 1

分析 （1）從圖示可知鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳，依據(jù)原子守恒配平寫出該反應(yīng)的方程式；
（2）①根據(jù)濃度熵數(shù)值和平衡常數(shù)的大小關(guān)系來判斷；
②根據(jù)CO和H₂合成甲醇的方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）以及2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得到相應(yīng)關(guān)系式來計算；
（3）①根據(jù)負(fù)極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)來回答；
②根據(jù)電路中的電子守恒來計算回答；
（4）在25℃下，平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根據(jù)物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（OH{\;}^{-}）．c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}{c（NH{\;}_{3}．H{\;}_{2}O）}$，據(jù)此計算．

解答 解：（1）從圖示可知氯化時的反應(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+7Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）①將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此狀態(tài)的濃度熵Qc=$\frac{C{\;}_{（甲醇）}}{C{\;}_{（一氧化碳）}C{{\;}_{（氫氣）}}^{2}}$=$\frac{1}{1×1.5{\;}^{2}}$=0.44＞0.27，即Qc＞K，所以此時反應(yīng)將向逆反應(yīng)方向進行，v_（正）＜v_（逆），
故答案為：＜；
②由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關(guān)系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產(chǎn)6molCH₃OH（192g）需額外補充5molH₂（10g），則生產(chǎn)19.2t甲醇，至少需額外補充1.0t氫氣，
故答案為：1.0；
（3）①甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池的總反應(yīng)為：3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正極反應(yīng)式為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，負(fù)極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)，即為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②電解精煉粗銅時，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)生成3.2g純銅，至少轉(zhuǎn)移電子0.1mol，燃料電池的正極反應(yīng)為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，轉(zhuǎn)移電子0.1mol，消耗氧氣0.025mol，折合成空氣為0.125mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.8L，故答案為：2.8L；
（4）在25℃下，平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.005mol/L，根據(jù)物料守恒得c（NH₃．H₂O）=（0.5a-0.005）mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（OH{\;}^{-}）．c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）}{c（NH{\;}_{3}．H{\;}_{2}O）}$=$\frac{10{\;}^{-7}×5×10{\;}^{-3}}{0.5a-5×10{\;}^{-3}}$=$\frac{10{\;}^{-9}}{a-0.01}$，
故答案為：中；$\frac{10{\;}^{-9}}{a-0.01}$．

點評 本題主考查了化學(xué)方程式的書寫及計算、平衡移動動的判斷、電解原理的應(yīng)用、鹽類的水解等知識，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度中等，有一定的綜合性．