Question

钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率，减少环境污染。

请回答下列问题：
（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_______周期，第______族。
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式              。
（3）制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再经焙烧制得。水解时需加入大量的水并加热，请结合化学方程式和必要的文字说明原因：               。
（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar气中进行的理由是_________________________________。反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于          ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	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)。
①已知该反应在300^oC时的化学平衡常数为0.27，该温度下将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L的密闭容器中，此反应将             （填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）。
②若不考虑生产过程中物质的任何损失，上述产业链中每合成6 mol甲醇，至少需额外补充H₂     mol。

Answer 1

（1）四；ⅣB（各1分）
（2）2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2 FeCl₃+2TiCl₄+6CO(3分)
（3）TiCl₄+（2+x）H₂O TiO₂·xH₂O↓+4HCl,加入大量水并加热，促使水解趋于完全；(3分)
（4）防止钛 、镁被氧化（或防止钛镁与空气、水反应），1412（各1分）
（5）①向逆反应方向进行②5（各2分）

解析试题分析：（1）Ti的原子序数为22，根据核外电子排布规律得Ti位于元素周期表中第四周期，第ⅣB元素；
（2）结合流程图，钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式为2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2 FeCl₃+2TiCl₄+6CO
（3）TiCl₄水解生成TiO₂·xH₂O化学方程式为TiCl₄+（2+x）H₂O TiO₂·xH₂O↓+4HCl,产物氯化氢易挥发，加入水并加热，氯化氢浓度减小，平衡一直正向进行，水解趋于完全；
（4）钛、镁易与空气中的氧气反应，得不到钛单质；反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，Mg、MgCl₂的沸点都比钛的沸点低，所以温度只要略高于1412℃即可把Mg、MgCl₂除去；
（5）该温度下CO、H₂、CH₃OH的浓度分别为1 mol/L、1.5 mol/L、1mol/L，其浓度商大于0.27，所以反应逆向进行；上述产业链中FeTiO₃～7Cl₂～6CO～6CH₃OH，电解饱和食盐水得7Cl₂～7H₂，所以产链中6CH₃OH～7H₂，而由CO和H₂合成甲醇反应中6CH₃OH～12H₂，所以生成6 mol甲醇，至少需额外补充H₂5mol。
考点：考查核外电子排布，化学方程式的书写，化学平衡理论的应用，电解原理的应用，分析计算能力