Question

20．鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產業鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率，減少環境污染．

請回答下列問題：
（1）Ti的原子序數為22，Ti位于元素周期表中第四周期，第ⅣB族；
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦的化學方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，再經焙燒制得．水解時需加入大量的水并加熱，請結合化學方程式和必要的文字說明原因由TiCl₄+（2+x）H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加熱，都能使水解反應向正反應方向進行，促進水解趨于完全；
（4）由TiCl₄→Ti需要在Ar氣中進行的理由是防止鈦、鎂被氧化；反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用蒸餾（填分離方法）得到Ti，依據下表信息，需加熱的溫度略高于1412℃即可．

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	-25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

（5）由CO和H₂合成甲醇的方程式是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．若不考慮生產過程中物質的任何損失，上述產業鏈中每合成6mol甲醇，至少需額外補充H₂5mol．

Answer 1

分析 （1）Ti的原子序數為22，比Ca的原子序數多2，以此判斷；
（2）鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦，同時生成氯化鐵和CO；
（3）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，再經焙燒制得TiO₂，水解為吸熱反應，從平衡移動角度分析；
（4）在Ar氣中進行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉化為蒸氣，Ti不融化；
（5）根據甲醇的物質的量計算需要CO、H₂的物質的量，根據n（CO）計算電解中生成的n（Cl₂），進而計算電解生成n（H₂），據此計算解答．

解答 解：（1）Ti的原子序數為22，比Ca的原子序數多2，應位于周期表第四周期族ⅣB，故答案為：四；ⅣB；
（2）鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應得到四氯化鈦，同時生成氯化鐵和CO，反應的化學方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）水解時需加入大量的水并加熱，由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加熱，都能使水解反應向正反應方向進行，促進水解趨于完全，
故答案為：由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加熱，都能使水解反應向正反應方向進行，促進水解趨于完全；
（4）在Ar氣中進行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃蒸餾可分離，
故答案為：防止鈦、鎂被氧化；蒸餾；1412；
（5）由CO和H₂合成甲醇的方程式是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根據2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7mol，根據2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需額外補充H₂ 為12mol-7mol=5mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；5．

點評 本題的綜合性很強，側重分析能力及計算能力的考查，涉及化學反應方程式的書寫，燃燒熱等多方面內容，注意知識的遷移應用，對學生能力要求較高，題目難度較大．