Question

鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，也有人說21世紀是鈦的世紀．鈦在地殼中的含量并不少，但鈦的冶煉技術還未獲得突破，目前鈦只用于尖端領域．如圖1所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產業(yè)鏈可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 />（l）用惰性電極電解2L食鹽水時，總反應的離子方程式

 

，當陰極上產生224mL氣體（標準狀況）時，所得溶液的pH=

 

（假設電解前后溶液體積不變，食鹽水足量）．
（2）寫出高溫下鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦的化學方程式

 

．（提示：FeTiO₃中Ti為+4價）
（3）反應2Mg+TiCl₄

800℃  .

2MgCl₂+Ti在Ar氣氛中進行的理由是

 

．
（4）二甲醚是一種重要的清潔燃料，可以通過甲醇分子間脫水制得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
T₁℃時，在恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時間變化如圖2所示．
①T₁℃時，該反應的平衡常數(shù)為

 

；
②相同條件下，若改變起始濃度，某時刻各組分濃度依次為：c（CH₃OH）=0.4mol/L，c（H₂O）=0.6mol/L，c（CH₃OCH₃）=1.2mol/L，此時正、逆反聲速率的大�。簐正

 

v逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）在上述產業(yè)鏈中，合成192噸甲醇理論上需額外補充H₂

 

噸（不考慮生產過程中物質的任何損失）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,化學平衡的影響因素,物質的量或濃度隨時間的變化曲線,常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用

專題：實驗設計題,基本概念與基本理論

分析：（1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，以此書寫離子方程式，根據(jù)方程式進行計算pH；
（2）鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳；依據(jù)原子守恒配平寫出；
（3）Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化；
（4）①平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物濃度冪次方乘積得到，從圖象中得到平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式即可計算；
②計算某一時刻生成物濃度冪次方乘積除以反應物濃度冪次方乘積即Qc與平衡常數(shù)比較得出反應方向；
（5）根據(jù)圖中流程可知，利用CO和H₂，反應生成甲醇，根據(jù)所需要的氫氣總量減去電解生成總量，計算額外所需氫氣的量．

解答： 解：（1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，電解時，陰極氫離子得電子生成氫氣，故陰極產生氫氣為：

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，
2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，
              2mol       1mol
              n          0.01mol
n

2mol×0.01mol

1mol

=0.02mol，c（OH^-）=

0.02mol

2L

=0.01mol/L，c（H⁺）=

10-14

0.01

=10^-12，故pH=12；
故答案為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+Cl₂↑+H₂↑；12；
（2）從圖示可知氯化時的反應物為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的方程式為：
2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）在Ar氣氛中進行的理由是Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化，
故答案為：Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可以防止被氧化；
（4）①從圖象可知，平衡濃度c（CH₃OH）=0.4mol/L，c（H₂O）=0.25mol/L，c（CH₃OCH₃）=1mol/L，平衡常數(shù)K=

1×0.8

0．42

=5，
故答案為：5；
②Qc=

1.2×0.6

0．42

=4.5＜5，故平衡向正反應方向移動，所以v正＞v逆，故答案為：＞；
（5）根據(jù)CO+2H₂→CH₃OH，CH₃OH～CO～

7

6

Cl₂～

7

6

H₂，所以生產1 molCH₃OH，理論上還需補充氫氣（2-

7

6

））mol=

5

6

mol，即

5

3

gH₂，
故生產192 t CH₃OH還需補充H₂的質量為：

192t

32

×

5

3

=10t，
故答案為：10．

點評：本題的綜合性很強，側重分析能力及計算能力的考查，涉及化學反應方程式的書寫，化學平衡、電解等多方面內容，注意知識的遷移應用，對學生能力要求較高，題目難度較大．