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钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,也有人说21世纪是钛的世纪。钛在地壳中的含量并不少,但钛的冶炼技术还未获得突破,目前钛只用于尖端领域。

如下图所示,将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可大大提高资源利用率,减少环境污染。

请填写下列空白:

(1)用惰性电极电解2 L食盐水时,总反应的离子方程式_______________________________,当阴极上产生224 mL气体(标准状况)时,所得溶液的pH=             (假设电解前后溶液体积不变,食盐水足量)。

(2)写出高温下钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式                             。(提示:FeTiO3中Ti为+4价)

(3)反应2Mg+TiCl42MgCl4+Ti在Ar气氛中进行的理由是____________________。

(4)二甲醚是一种重要的清洁燃料,可以通过甲醇分子间脱水制得:

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=" -23.5" kJ/mol

T1 ℃时,在恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度随时间变化如下图所示。

①T1 ℃时,该反应的平衡常数为     

②相同条件下,若改变起始浓度,某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)="0.4" mol/L、c(H2O)="0.6" mol/L、(CH3OCH3)="1.2" mol/L,此时正、逆反应速率的大小:v   v逆(填“>”、“<”或“=”)。

(5)在上述产业链中,合成192吨甲醇理论上需额外补充H2__________吨 (不考虑生产过程中物质的任何损失)。

 

【答案】

(14分,每空2分) (1)2Cl+2H2O2OH+H2↑+Cl2↑;12

(2)2FeTiO3+6C+7Cl22TiCl4+2FeCl3+6CO;

(3)防止高温下Mg、Ti与空气中的O2(或CO2、N2)反应; (4) ①5    ②>     (5)10

【解析】

试题分析:(1)用惰性电极电解食盐水时,总反应的离子方程式是2Cl+2H2O2OH+H2↑+Cl2↑。阴极是氢离子放电,生成氢气,氢气的物质的量是0.224L÷22.4L/mol=0.01mol,则根据方程式可知,生成的氢氧化钠是0.02mol,所以氢氧化钠溶液的浓度是0.02mol÷2L=0.01mol/L,则pH=12。

(2)高温下碳的氧化产物是CO,所以钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式是2FeTiO3+6C+7Cl22TiCl4+2FeCl3+6CO。

(3)在高温下镁和钛均能和空气中的氧气或氮气或CO2反应,所以反应在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg、Ti与空气中的O2(或CO2、N2)反应。

(4)①化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据图像可知平衡时甲醚、水蒸气和甲醇的浓度分别是(mol/L)1、0.8、0.4,则该反应的平衡常数K=

②某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)="0.4" mol/L、c(H2O)="0.6" mol/L、(CH3OCH3)="1.2" mol/L,此时<5,所以正反应速率大于逆反应速率。

(5)根据由方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)、2FeTiO3+6C+7Cl2=2FeCl3+2TiCl4+6CO和2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑可得如下关系式:6CH3OH→6CO→7Cl2→7H2,而6CH3OH→12H2,故每生产6molCH3OH(192g)需额外补充5molH2(10g),则生产192t甲醇,至少需额外补充10t氢气。

考点:考查电解饱和食盐水的判断和计算、氧化还原反应方程式的书写、反应条件的控制、平衡常数的计算和应用以及流程图的有关计算

点评:该题是高考中的常见题型,难度大,综合性强,对学生的要求高。试题在注重对基础知识巩固和训练的同时,侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练,有利于培养学生的逻辑推理能力,提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力,提升学生的学科素养。该类试题要求学生能够具备通过对自然界、生产、生活和科学实验中化学现象以及相关模型、图形和图表等的观察,获取有关的感性知识和印象,并运用分析、比较、概括、归纳等方法对所获取的信息进行初步加工和应用的能力;能够敏捷、准确地获取试题所给的相关信息,并与已有知识整合,在分析评价的基础上应用新信息的能力。

 

练习册系列答案
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钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属,钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿,我国的钛铁矿储量居世界首位。含有Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制取TiO2的流程如下:

(1)Ti的原子序数为22,Ti位于元素周期表中第_________周期,第_________族。

(2)步骤①加Fe的目的是___________________________;

步骤②冷却的目的________________________________。

(3)上述制备TiO2的过程中,可以利用的副产物是_________,考虑成本和废物综合利用因素,废液中应加入_________处理。

(4)由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及到的步骤为:

TiO2TiCl4Ti

已知:①C(s)+O2(g)====CO2(g);ΔH=-393.5 kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)====2CO2(g);ΔH=-566 kJ·mol-1

③TiO2(s)+2Cl2(g)====TiCl4(s)+O2(g);ΔH=+141 kJ·mol-1

则TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)====TiCl4(s)+2CO(g)的ΔH=__________。

反应TiCl4+2Mg====2MgCl2+Ti在Ar气氛中进行的理由是____________________。

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钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属。如下图所示,将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率,减少环境污染。请填写下列空白:

(1)电解饱和食盐水时,阳极的电极反应为                                    

(2)写出钛铁矿与焦炭、Cl2共热制得四氯化钛的化学方程式________________________。

(3)已知:①Mg(s) + Cl2(g)=MgCl2(s);△H = – 641 kJ/mol

     ②Ti(s) + 2Cl2(g)=TiCl4(s);△H = –770 kJ/mol  

则2Mg(s) + TiCl4(s)=2MgCl2(s) + Ti(s);△H=                   

       反应2Mg(s) + TiCl4(s)2MgCl2(s) + Ti(s),在Ar气氛中进行的理由是          

(4)在上述产业链中,合成96 t 甲醇理论上消耗H2            t (不考虑生产过程中物质的任何损失)。

(5)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为:2CH3OH + 3O2 + 4OH=2CO32 + 6H2O。该燃料电池发生反应时正极区溶液的pH     (填“增大”、“减小”或“不变”),该电池中负极上的电极反应是________________________________________________。

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(13分) 钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属。如下图所示,将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率,减少环境污染。请填写下列空白:

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(2)写出钛铁矿与焦炭、Cl2共热制得四氯化钛的化学方程式________________________。

(3)已知:①Mg(s) + Cl2(g)=MgCl2(s);△H = – 641 kJ/mol

     ②Ti(s) + 2Cl2(g)=TiCl4(s);△H = –770 kJ/mol  

则2Mg(s) + TiCl4(s)=2MgCl2(s) + Ti(s);△H=                   

       反应2Mg(s) + TiCl4(s)2MgCl2(s) + Ti(s),在Ar气氛中进行的理由是          

(4)在上述产业链中,合成96 t 甲醇理论上消耗H2            t (不考虑生产过程中物质的任何损失)。

(5)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为:2CH3OH + 3O2 + 4OH=2CO32 + 6H2O。该燃料电池发生反应时正极区溶液的pH     (填“增大”、“减小”或“不变”),该电池中负极上的电极反应是________________________________________________。

 

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(l)电解饱和食盐水时,总反应的离子方程式是                             

(2)写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程                           

(3)已知:①Mg(s) + Cl2(g)=MgCl2(s)    △H =-641kJ·mol-1

②Ti(s) + 2Cl2(g)=TiCl4(s)           △H = -770kJ·mol-1

则2Mg(s) + TiCl4(s)=2MgCl2(s) + Ti(s)    △H=         

反应2Mg(s) + TiCl4(s)2MgCl2(s) + Ti,在Ar气氛中进行的理由是:           ______________________________________   

(4)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极可构成燃料电池。该电池中负极上的电极反应式是                                  

 

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