Question

钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率。

请回答下列问题：

（1）氢写出Ti原子的核外电子排布式______。

（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛的化学方程式               。

（3）制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再经焙烧制得。水解时需加入大量的水并加热，请结合化学方程式和必要的文字说明原因：                                。

（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar气中进行，反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于           ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

 

（5）CH₃OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，请写出甲醇燃烧的热化学方程式  。以甲醇和氧气（或空气）、电解液为Li₂CO₃和K₂CO₃的熔融物组成燃料电池，该电池负极反应式为__________________。

由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO(g)＋2H₂(g)= CH₃OH(g)。若不考虑生产过程中物质的任何损失，上述产业链中每合成9mol甲醇，至少需额外补充H₂    mol。

 

Answer 1

【答案】

（1）1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²  (2分)

（2）2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO (2分)

（3）TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl △H﹥0加入大量水并加热，都能使水解反应向正反应方向进行，促进水解趋于完全。(3分)

（4）1412 (2分)

（5）2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol (2分)

CH₃OH + 3CO₃^2- - 6e^- ＝ 4CO₂ + 2H₂O  (2分） 7.5  (3分）

【解析】

试题分析：（1）Ti的原子序数为22，原子核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²  ，故处于第四周期第ⅣB族；

（2）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO₃、C、Cl₂，生成物为FeCl₃、TiCl₄、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO ；

发生TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl，加入大量水并加热，HCl挥发，促使水解正向进行；

（4）在Ar气中进行防止钛、镁被氧化；控制温度使TiCl₄、Mg、MgCl₂转化为蒸气，Ti不熔化，故温度略高于1412℃；

（5）根据燃烧热的定义：在25℃、101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，C转化为二氧化碳，H转化为液态水．故可以得出CH₃OH完全燃烧的热化学方程式；2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol；以甲醇和氧气（或空气）、电解液为Li₂CO₃和K₂CO₃的熔融物组成燃料电池，在电池工作时，CO₃^2-移向负极。CH₃OH在负极上失去电子，在CO₃^2-的作用下生成CO₂气体，O₂在正极上得到电子，在CO₂的作用下生成CO₃^2-，其电极反应式为

负极：CH₃OH－6e^－＋3CO₃^2-4CO₂↑＋2H₂O

正极：O₂＋6e^－＋3CO₂3CO₃^2-

由CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）可知，合成9mol甲醇需要n（CO）=9mol、n（H₂）=18mol．根据2FeTiO₃+6C+7Cl₂ 2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，电解中生成的n（Cl₂）=n（CO）=mol，根据2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，电解生成n（H₂）=n（Cl₂）=mol，故需额外补充H₂ 为18mol-mol=7.5mol。

考点：化学工艺流程题目。