Question

氯堿工業是高耗能產業，為了提高原料的利用率，將電解的Y氣體作為燃料電池的燃料，為電解池供電；X氣體作為鈦的冶煉原料，在這種工藝設計中，相關物料的傳輸與轉化關系如圖所示，其中氯堿工業裝置中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過．如圖所示：

（1）①圖中的節能型氯堿工業部分，X、Y分別是

Cl₂

、

H₂

（填化學式），分析比較圖示中氫氧化鈉質量分數8%與6%的大小為

a%＜b%

；
②分別寫出燃料電池B中正、負極上發生的電極反應，正極：

O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-

，負極：

H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O

；
③這樣設計的主要節（電）能之處在于（寫出兩點）：

燃料電池可以為電解池補充電能

、

提高產品氫氧化鈉的濃度，降低能耗

．
（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

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO

．
（3）TiCl₄暴露在潮濕空氣中冒白煙，白煙主要為白色的二氧化鈦的水合物H₂TiO₃，寫出該反應的化學方程式：

TiCl₄+3H₂O═H₂TiO₃+4HCl

．
（4）已知：①Mg(s)+Cl2(g)

. .

MgCl2(s)△H=-641kJ?mol^-1
②

1

2

Ti(s)+Cl2(g)

. .

1

2

TiCl4(I)△H=-385kJ?mol^-1
寫出Mg與TiCl₄反應的熱化學方程式：

2Mg（s）+TiCl₄（s）═2MgCl₂（s）+Ti（s）△H-512kJ?mol^-1

，反應在氬氣氛圍中進行的原因是

Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可以防止被氧化

．

Answer 1

分析：（1）①電解食鹽水生成氯氣和氫氣，氫氣可做燃料，氯氣可作為鈦的冶煉原料，通入空氣，原電池正極氧氣被消耗，生成氫氧根；
②正極通入空氣，發生還原反應，負極通入氫氣，發生氧化反應；
③燃料電池可以為電解池補充電能、提高產品氫氧化鈉的濃度，降低能耗；
（2）按流程圖找出反應物和生成物；
（3）TiCl₄與水反應生成氯化氫和二氧化鈦的水合物H₂TiO₃；
（4）根據蓋斯定律，①×2-②×2可得；Mg和Ti都有較強還原性，在高溫下都易被空氣中的O₂氧化．

解答：解：（1）①電解食鹽水生成氯氣和氫氣，Y氣體作為燃料電池的燃料，故Y為氫氣；X氣體作為鈦的冶煉原料，故X為氯氣，通入空氣，原電池正極氧氣被消耗，生成氫氧根，故氫氧化鈉濃度增大，故a%＜b%，
故答案為：Cl₂；H₂；a%＜b%；
②正極通入空氣，發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，負極通入氫氣，發生氧化反應，電極反應式為：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
③這樣設計的主要節（電）能之處在于燃料電池可以為電解池補充電能、提高產品氫氧化鈉的濃度，降低能耗，
故答案為：燃料電池可以為電解池補充電能、提高產品氫氧化鈉的濃度；
（2）由流程圖可知反應物為鈦酸鐵、C和氯氣，生成物為氯化鐵、四氯化鈦和CO，
故方程式為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高溫  .

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

高溫  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）反應的化學方程式：TiCl₄+3H₂O═H₂TiO₃+4HCl，
故答案為：TiCl₄+3H₂O═H₂TiO₃+4HCl；
（4）根據蓋斯定律，反應①×2-②×2得到，2Mg（s）+TiCl₄（s）═2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-641kJ/mol×2-（-770 kJ/mol）=-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，故該反應需在Ar氣氛中進行，
故答案為：2Mg（s）+TiCl₄（s）═2MgCl₂（s）+Ti（s）△H-512kJ?mol^-1；Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可以防止被氧化．

點評：本題將眾多的知識融合于工業生產中，考查了學生分析問題和解決問題的能力，綜合性很強，難度較大．