Question

20．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四周期，第ⅣB族；
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛的化学方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）制备TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，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由TiCl₄+（2+x）H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加热，都能使水解反应向正反应方向进行，促进水解趋于完全；
（4）由TiCl₄→Ti需要在Ar气中进行的理由是防止钛、镁被氧化；反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用蒸馏（填分离方法）得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于1412℃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）．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6mol甲醇，至少需额外补充H₂5mol．

Answer 1

分析 （1）Ti的原子序数为22，比Ca的原子序数多2，以此判断；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，同时生成氯化铁和CO；
（3）TiCl₄水解生成TiO₂•xH₂O，再经焙烧制得TiO₂，水解为吸热反应，从平衡移动角度分析；
（4）在Ar气中进行防止钛、镁被氧化；控制温度使TiCl₄、Mg、MgCl₂转化为蒸气，Ti不融化；
（5）根据甲醇的物质的量计算需要CO、H₂的物质的量，根据n（CO）计算电解中生成的n（Cl₂），进而计算电解生成n（H₂），据此计算解答．

解答 解：（1）Ti的原子序数为22，比Ca的原子序数多2，应位于周期表第四周期族ⅣB，故答案为：四；ⅣB；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，同时生成氯化铁和CO，反应的化学方程式为2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）水解时需加入大量的水并加热，由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加热，都能使水解反应向正反应方向进行，促进水解趋于完全，
故答案为：由TiCl₄+（2+x） H₂OTiO₂•xH₂O↓+4HCl△H＞0可知，加入大量水并加热，都能使水解反应向正反应方向进行，促进水解趋于完全；
（4）在Ar气中进行防止钛、镁被氧化；控制温度使TiCl₄、Mg、MgCl₂转化为蒸气，Ti不熔化，故温度略高于1412℃蒸馏可分离，
故答案为：防止钛、镁被氧化；蒸馏；1412；
（5）由CO和H₂合成甲醇的方程式是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根据2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，电解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7mol，根据2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，电解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需额外补充H₂ 为12mol-7mol=5mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；5．

点评 本题的综合性很强，侧重分析能力及计算能力的考查，涉及化学反应方程式的书写，燃烧热等多方面内容，注意知识的迁移应用，对学生能力要求较高，题目难度较大．