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）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?xH₂O，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，请写出甲烷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

考点：原子核外电子排布,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用

专题：原子组成与结构专题,电化学专题,元素及其化合物

分析：（1）Ti的原子序数为22，结合电子排布规律分析；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、CO；
（3）TiCl₄水解生成TiO₂?xH₂O，再经焙烧制得TiO₂，水解为吸热反应，从平衡移动角度分析；
（4）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl₂变为气体，而Ti还没有熔化；
（5）标明物质的聚集状态和△H的正负号、数值、单位写热化学反应方程式；甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为：3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正极反应式为：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，负极反应=总反应-正极反应；由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高温  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下关系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生产6molCH₃OH需额外补充5molH₂，以此计算．

解答： 解：（1）Ti的原子序数为22，其电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、CO，该反应为2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高温  .

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

高温  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）水解时需加入大量的水并加热，由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂?xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，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，
故答案为：由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂?xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，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；
（4）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl₂变为气体，而Ti还没有熔化，则需加热的温度略高于1412℃即可，故答案为：1412；
（5）CH₃OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，则甲烷燃烧的热化学方程式为2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453kJ?mol^-1，
甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正极反应式为3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，负极反应=总反应-正极反应=CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高温  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O

电解  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下关系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生产6molCH₃OH需额外补充5molH₂，则上述产业链中每合成9mol甲醇，至少需额外补充H₂为9mol×

5

6

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

点评：本题的综合性很强，侧重分析能力及计算能力的考查，涉及电子排布、化学反应方程式的书写，化学平衡、燃烧热、原电池等多方面内容，注意知识的迁移应用，对学生能力要求较高，题目难度较大．