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量十分豐富．如圖1所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產業(yè)鏈可以大大提高資源利用率，減少環(huán)境污染．請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />
（1）寫出鈦鐵礦經氯化法得到四氯化鈦的化學方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO．
（2）已知：
①Mg（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）在上述產業(yè)鏈中，合成192t甲醇理論上需額外補充H₂10t（不考慮生產過程中物質的任何損失）．
（4）工業(yè)上常利用反應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℃進行實驗，結果如圖2.230℃的實驗結果所對應的曲線是X（填字母）；該溫度下工業(yè)生產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，可用下列反應制取：H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，
某溫度下該反應的平衡常數K=1．試回答下列問題：
①該溫度下，若起始時c（CO）=1mol•L^-1，c（H₂O）=2mol•L^-1，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.5mol•L^-1，則此時該反應v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若降低溫度，該反應的K值將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（6）某實驗小組設計了如圖3所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向極移動b（填“a”或“b”）．
②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應的離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）由流程圖可知，FeTiO₃在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦，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），反應熱也進行相應計算；
（3）計算合成甲醇時需要CO、H₂的物質的量，根據氯化過程方程式計算需要氯氣物質的量，再由氯氣的物質的量計算電解飽和食鹽水過程中生成氫氣物質的量，可得需要補充氫氣的物質的量；
（4）正反應是放熱反應，溫度越高，反應物轉化率越小；選擇的溫度應使CO盡可能轉化；
（5）①計算濃度商，與平衡常數比較判斷反應進行分析，進而確定正逆反應速率關系；
②反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行；
（6）①由裝置圖，可知a為正極，b為負極，原電池中陰離子移向負極；
②電池反應為甲醇和氧氣反應生成碳酸鉀、水，結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氯化得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、CO，該反應化學方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）已知：①Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641KJ/mol
②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（g）△H=-770KJ/mol
由蓋斯定律，①×2-②得到熱化學方程式為：2Mg（s）+TiCl₄（l）═2MgCl₂（s）+Ti（s），故△H=（-641kJ/mol）×2-（-770 kJ/mol）=-512kJ/mol；
故答案為：-512kJ/mol；
（3）生成甲醇的物質的量為$\frac{192×1{0}^{6}g}{32g/mol}$=6×10⁶mol，由CO+2H₂→CH₃OH 可知，需要CO為6×10⁶mol，需要氫氣為12×10⁶mol，由2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，可知需要氯氣為6×10⁶mol×$\frac{7}{6}$=7×10⁶mol，由2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，可知電解生成氫氣為7×10⁶mol，故需要補充的氫氣為：12×10⁶mol-7×10⁶mol=5×10⁶mol，故需要補充氫氣為5×10⁶mol×2g/mol=10×10⁶g=10t，
故答案為：10；
（4）該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，CO的轉化率越小，結合圖象可知，230℃的實驗結果所對應的曲線是X；
230℃時，工業(yè)生產釆用的合成氣組成n（H₂）：n（CO）的比值為2.5〜3時，CO轉化率已經很高，故選B，
故答案為：X；B；
（5）①若起始時c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2mol/L，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.5mol/L
                        H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始量（mol/L）：2             1             0             0
變化量（mol/L）：0.5           0.5         0.5           0.5
某時刻（mol/L）：1.5           0.5         0.5           0.5
Qc=$\frac{0.5×0.5}{1.5×0.5}$=$\frac{1}{3}$＜K=1，故反應正向進行，此時該反應v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向進行，該反應的平衡常數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為負極，該電池工作時，OH^-向b極移動，
故答案為：b；
②電池反應為甲醇和氧氣反應生成碳酸鉀、水，反應的離子方程式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查化學工藝流程、反應熱計算、化學計算、化學平衡圖象、平衡常數影響因素與應用、電解原理等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎．