Question

5．鈦（Ti）被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，四川攀枝花和西昌地區的釩鈦磁鐵礦儲量十分豐富．如圖所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產業鏈可以大大提高資源利用率，減少環境污染．
請填寫下列空白：
（1）電解食鹽水時，總反應的離子方程式是2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
（2）寫出鈦鐵礦經氯化法得到四氯化鈦的化學方程式：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2TiCl₄+2FeCl₃+6CO．
（3）已知：①Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=-641kJ/mol；②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）；△H=-770kJ/mol．下列說法正確的是C．
A．Mg的燃燒熱為641kJ/mol
B．Ti的能量一定比TiCl₄高
C．等質量的Mg（s）、Ti（s）與足量的氯氣反應，前者放出的熱量多
D．該冶煉Ti法對環境友好
（4）在上述產業鏈中，合成192t甲醇理論上需額外補充H₂10 t（不考慮生產過程中物質的任何損失）．
（5）以甲醇、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池．該電池中負極上的電極反應式是CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 由圖可知，電解飽和食鹽水生成NaOH、氫氣、氯氣，氫氣與CO合成甲醇，氯氣、C與鈦鐵礦發生氧化還原反應，Mg還原TiCl₄得到Ti，
（1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，以此書寫離子方程式；
（2）從圖示可知氯化時的反應物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據得失電子和原子守恒即可得出該反應的方程式；
（3）A．1mol可燃物燃燒生成穩定氧化物放出的熱量為燃燒熱；
B．反應熱為反應物總能量與生成物總能量的差值；
C．物質的量與反應放出的熱量成正比；
D．由圖可知，轉化過程中存在有毒氣體的參與．
（4）根據CO+2H₂→CH₃OH、2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2TiCl₄+2FeCl₃+6CO、2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑可知CH₃OH～CO～$\frac{7}{6}$Cl₂～$\frac{7}{6}$H₂，以此計算；
（5）堿性甲醇電池中，甲醇在負極上失電子發生氧化反應．

解答 解：由圖可知，電解飽和食鹽水生成NaOH、氫氣、氯氣，氫氣與CO合成甲醇，氯氣、C與鈦鐵礦發生氧化還原反應，Mg還原TiCl₄得到Ti，
（1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；
（2）從圖示可知氯化時的反應物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據得失電子和原子守恒即可得出該反應的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2TiCl₄+2FeCl₃+6CO；
（3）A．Mg不是在O₂中燃燒，故641kJ/mol不能稱其燃燒熱，故A錯誤；
B．反應Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）為放熱反應，1mol Ti（s）和2mol Cl₂ （g）的總能量大于1mol TiCl₄ （s）的總能量，故B錯誤；
C．假設質量均為24g，則Mg（s）與足量Cl₂（g）反應放出641kJ熱量，24gTi（s） 與足量Cl₂（g）反應放出的熱量=$\frac{24g}{48g/mol}$×770kJ=385kJ，故C正確；
D．該冶煉Ti法，氯氣、CO等均看污染環境，不符合對環境友好，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）根據CO+2H₂→CH₃OH、2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2TiCl₄+2FeCl₃+6CO、2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑可知，CH₃OH～CO～$\frac{7}{6}$Cl₂～$\frac{7}{6}$H₂，所以生產1 molCH₃OH，理論上還需補充氫氣（2-$\frac{7}{6}$）mol=$\frac{5}{6}$mol，即$\frac{5}{3}$gH₂，故生產192 t CH₃OH還需補充H₂的質量為$\frac{192}{32}$×$\frac{5}{3}$=10t，
故答案為：10；
（5）堿性甲醇電池中，負極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查較為綜合，側重物質制備及分離提純的綜合考查，為高頻考點，涉及離子方程式、化學反應與能量、電化學等知識，題目難度中等，（4）中關系式法計算為解答的難點．