Question

(13分) 鈦(Ti)被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬。如下圖所示，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）電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應為                                     。

（2）寫出鈦鐵礦與焦炭、Cl₂共熱制得四氯化鈦的化學方程式________________________。

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

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

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

       反應2Mg(s) + TiCl₄(s)2MgCl₂(s) + Ti(s)，在Ar氣氛中進行的理由是           。

（4）在上述產業鏈中，合成96 t 甲醇理論上消耗H₂            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。已知該燃料電池的總反應式為：2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^－＝2CO₃^2－ + 6H₂O。該燃料電池發生反應時正極區溶液的pH     (填“增大”、“減小”或“不變”)，該電池中負極上的電極反應是________________________________________________。

 

Answer 1

【答案】

(1) 2Cl^－ – 2e^－= Cl₂↑

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

(3) –512kJ·mol^－1

Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化

(4) 12

 (5) 增大　　   CH₃OH – 6e^－+ 8OH^－= CO₃^2－+ 6H₂O

【解析】（1）電解飽和食鹽水時，Cl^－在陽極放電，所以陽極的電極反應為：2Cl^－ – 2e^－= Cl₂↑

（2）可按流程圖找出反應物和生成物寫出方程式為：2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO

（3）反應2Mg(s) + TiCl₄(s)＝2MgCl₂(s) + Ti(s)可看做反應①×2－②得到，根據蓋斯定律得△H＝– 641 kJ/mol×2－（–770 kJ/mol）=–512kJ·mol^－1

反應2Mg(s) + TiCl₄(s)2MgCl₂(s) + Ti(s)，在Ar氣氛中進行的理由是Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化。

（4）解：設需要H₂x噸

CO　+　2H₂=　ＣＨ_３ＯＨ

４　　　　32

ｘ　　　　96

解得：x=12噸

（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，正極反應為：3O₂+12H₂O+12e^－= 12OH^－，負極反應為：CH₃OH – 6e^－+ 8OH^－= CO₃^2－+ 6H₂O，該燃料電池發生反應時正極區溶液的。堿性增強，pH增大。