Question

（2011?泰州二模）某經濟開發(fā)區(qū)將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個產業(yè)鏈（如圖1所示），既提高了資源利用率，又減少了環(huán)境污染．

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）寫出鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦的化學方程式：

2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO

．
（2）由CO和H₂合成甲醇的方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①已知該反應在300°C時的化學平衡常數為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，此時反應將

向逆反應方向進行

（填“向正反應方向進行”、“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
②若不考慮生產過程中物質的任何損失，該產業(yè)鏈中每合成19.2t甲醇，至少需額外補充H₂

1.0

t．
（3）用甲醇一空氣堿性（KOH）燃料電池作電源電解精煉粗銅（如圖2所示），在接通電路一段時間后純Cu質量增加3.2g．
①請寫出燃料電池中的負極反應式：

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
②燃料電池正極消耗空氣的體積是

2.8L

（標準狀況，空氣中O₂體積分數以20%計算）．

Answer 1

分析：（1）分析流程可知，鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳；依據原子守恒配平寫出；
（2）①依據濃度商和平衡常數比較分析判斷反應進行的方向；
②根據CO和H₂合成甲醇的方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）以及2FeTiO₃+6C+7Cl₂

通電  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O

通電  .

 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得到相應關系式來計算；
（3）①根據負極反應=總反應-正極反應來回答；
②根據電路中的電子守恒來計算回答．

解答：解：（1）從圖示可知氯化時的反應物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據得失電子和原子守恒即可得出該反應的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂

通電  .

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

c(CH3OH)

c(CO)c(H2)

=

2mol 2L

2mol 2L ×( 3mol 2L )2

=0.44＞0.27，即Qc＞K，所以此時反應將向逆反應方向進行，
故答案為：向逆反應方向進行；
②由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂

通電  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產6molCH₃OH（192g）需額外補充5molH₂（10g），則生產19.2t甲醇，至少需額外補充1.0t氫氣，故答案為：1.0；
（3）甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池的總反應為：3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正極反應式為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，負極反應=總反應-正極反應，即為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
電解精煉粗銅時，陰極電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當生成3.2g純銅，至少轉移電子0.1mol，燃料電池的正極反應為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，轉移電子0.1mol，消耗氧氣0.025mol，折合成空氣為0.125mol，在標準狀況下的體積為2.8，故答案為：2.8 L．

點評：本題是一道有關電解原理的應用知識題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．