Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產業(yè)鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率．
請回答下列問題：
（1）寫出Ti原子的核外電子排布式

 

．
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦的化學方程式

 

．
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O，再經焙燒制得．水解時需加入大量的水并加熱，請結合化學方程式和必要的文字說明原因：

 

．
（4）由TiCl₄→Ti需要在Ar氣中進行，反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于

 

℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）CH₃OH（l）的燃燒熱△H=-726.5kJ/mol，請寫出甲烷燃燒的熱化學方程式

 

．以甲醇和氧氣（或空氣）、電解液為Li₂CO₃和K₂CO₃的熔融物組成燃料電池，該電池負極反應式為

 

．由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）．若不考慮生產過程中物質的任何損失，上述產業(yè)鏈中每合成9mol甲醇，至少需額外補充H2

mol．

Answer 1

考點：原子核外電子排布,熱化學方程式,常見化學電源的種類及其工作原理,常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用

專題：原子組成與結構專題,電化學專題,元素及其化合物

分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，結合電子排布規(guī)律分析；
（2）鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、CO；
（3）TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O，再經焙燒制得TiO₂，水解為吸熱反應，從平衡移動角度分析；
（4）采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由表格中數(shù)據(jù)可知，1412℃Mg、MgCl₂變?yōu)闅怏w，而Ti還沒有熔化；
（5）標明物質的聚集狀態(tài)和△H的正負號、數(shù)值、單位寫熱化學反應方程式；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；由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產6molCH₃OH需額外補充5molH₂，以此計算．

解答： 解：（1）Ti的原子序數(shù)為22，其電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、CO，該反應為2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

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

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）水解時需加入大量的水并加熱，由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂?xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加熱，都能使水解反應向正反應方向進行，促進水解趨于完全，
故答案為：由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂?xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加熱，都能使水解反應向正反應方向進行，促進水解趨于完全；
（4）采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，由表格中數(shù)據(jù)可知，1412℃Mg、MgCl₂變?yōu)闅怏w，而Ti還沒有熔化，則需加熱的溫度略高于1412℃即可，故答案為：1412；
（5）CH₃OH（l）的燃燒熱△H=-726.5kJ/mol，則甲烷燃燒的熱化學方程式為2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ?mol^-1，
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=CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產6molCH₃OH需額外補充5molH₂，則上述產業(yè)鏈中每合成9mol甲醇，至少需額外補充H₂為9mol×

5

6

=7.5mol，
故答案為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ?mol^-1；CH₃OH+3CO₃^2--6e^-=4CO₂+2H₂O；7.5．

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