Question

钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，也有人说21世纪是钛的世纪。钛在地壳中的含量并不少，但钛的冶炼技术还未获得突破，目前钛只用于尖端领域。

如下图所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可大大提高资源利用率，减少环境污染。

请填写下列空白：

（1）用惰性电极电解2 L食盐水时，总反应的离子方程式_______________________________，当阴极上产生224 mL气体（标准状况）时，所得溶液的pH=             （假设电解前后溶液体积不变,食盐水足量）。

（2）写出高温下钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式                             。（提示：FeTiO₃中Ti为+4价）

（3）反应2Mg＋TiCl₄2MgCl₄＋Ti在Ar气氛中进行的理由是____________________。

（4）二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过甲醇分子间脱水制得：

2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)　ΔH=" -23.5" kJ/mol

T₁ ℃时，在恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如下图所示。

①T₁ ℃时，该反应的平衡常数为　　　　　；

②相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH₃OH)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此时正、逆反应速率的大小：v正　　　v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（5）在上述产业链中，合成192吨甲醇理论上需额外补充H₂__________吨 （不考虑生产过程中物质的任何损失）。

 

Answer 1

【答案】

（14分，每空2分) （1）2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑；12

（2）2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO；

（3）防止高温下Mg、Ti与空气中的O₂（或CO₂、N₂）反应； （4） ①5    ②＞     （5）10

【解析】

试题分析：（1）用惰性电极电解食盐水时，总反应的离子方程式是2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑。阴极是氢离子放电，生成氢气，氢气的物质的量是0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，则根据方程式可知，生成的氢氧化钠是0.02mol，所以氢氧化钠溶液的浓度是0.02mol÷2L＝0.01mol/L，则pH＝12。

（2）高温下碳的氧化产物是CO，所以钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式是2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO。

（3）在高温下镁和钛均能和空气中的氧气或氮气或CO₂反应，所以反应在Ar气氛中进行的理由是防止高温下Mg、Ti与空气中的O₂（或CO₂、N₂）反应。

（4）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据图像可知平衡时甲醚、水蒸气和甲醇的浓度分别是（mol/L）1、0.8、0.4，则该反应的平衡常数K＝。

②某时刻各组分浓度依次为c(CH₃OH)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此时＜5，所以正反应速率大于逆反应速率。

（5）根据由方程式CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂＝2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O＝2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可得如下关系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生产6molCH₃OH（192g）需额外补充5molH₂（10g），则生产192t甲醇，至少需额外补充10t氢气。

考点：考查电解饱和食盐水的判断和计算、氧化还原反应方程式的书写、反应条件的控制、平衡常数的计算和应用以及流程图的有关计算

点评：该题是高考中的常见题型，难度大，综合性强，对学生的要求高。试题在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生的逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，提升学生的学科素养。该类试题要求学生能够具备通过对自然界、生产、生活和科学实验中化学现象以及相关模型、图形和图表等的观察，获取有关的感性知识和印象，并运用分析、比较、概括、归纳等方法对所获取的信息进行初步加工和应用的能力；能够敏捷、准确地获取试题所给的相关信息，并与已有知识整合，在分析评价的基础上应用新信息的能力。