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。

如下圖所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產業鏈可大大提高資源利用率，減少環境污染。

請填寫下列空白：

（1）用惰性電極電解2 L食鹽水時，總反應的離子方程式_______________________________，當陰極上產生224 mL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＋TiCl₄2MgCl₄＋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)　ΔH=" -23.5" kJ/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下圖所示。

①T₁ ℃時，該反應的平衡常數為　　　　　；

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)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此時正、逆反應速率的大�。�v正　　　v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（5）在上述產業鏈中，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

【答案】

（14分，每空2分) （1）2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑；12

（2）2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO；

（3）防止高溫下Mg、Ti與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應； （4） ①5    ②＞     （5）10

【解析】

試題分析：（1）用惰性電極電解食鹽水時，總反應的離子方程式是2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑。陰極是氫離子放電，生成氫氣，氫氣的物質的量是0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，則根據方程式可知，生成的氫氧化鈉是0.02mol，所以氫氧化鈉溶液的濃度是0.02mol÷2L＝0.01mol/L，則pH＝12。

（2）高溫下碳的氧化產物是CO，所以鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦的化學方程式是2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO。

（3）在高溫下鎂和鈦均能和空氣中的氧氣或氮氣或CO₂反應，所以反應在Ar氣氛中進行的理由是防止高溫下Mg、Ti與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應。

（4）①化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據圖像可知平衡時甲醚、水蒸氣和甲醇的濃度分別是（mol/L）1、0.8、0.4，則該反應的平衡常數K＝。

②某時刻各組分濃度依次為c(CH₃OH)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此時＜5，所以正反應速率大于逆反應速率。

（5）根據由方程式CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂＝2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O＝2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可得如下關系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產6molCH₃OH（192g）需額外補充5molH₂（10g），則生產192t甲醇，至少需額外補充10t氫氣。

考點：考查電解飽和食鹽水的判斷和計算、氧化還原反應方程式的書寫、反應條件的控制、平衡常數的計算和應用以及流程圖的有關計算

點評：該題是高考中的常見題型，難度大，綜合性強，對學生的要求高。試題在注重對基礎知識鞏固和訓練的同時，側重對學生能力的培養和解題方法的指導與訓練，有利于培養學生的邏輯推理能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，提升學生的學科素養。該類試題要求學生能夠具備通過對自然界、生產、生活和科學實驗中化學現象以及相關模型、圖形和圖表等的觀察，獲取有關的感性知識和印象，并運用分析、比較、概括、歸納等方法對所獲取的信息進行初步加工和應用的能力；能夠敏捷、準確地獲取試題所給的相關信息，并與已有知識整合，在分析評價的基礎上應用新信息的能力。