Question

氯碱工业是高耗能产业，为了提高原料的利用率，将电解的Y气体作为燃料电池的燃料，为电解池供电；X气体作为钛的冶炼原料，在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中氯碱工业装置中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过．如图所示：

（1）①图中的节能型氯碱工业部分，X、Y分别是

Cl₂

、

H₂

（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数8%与6%的大小为

a%＜b%

；
②分别写出燃料电池B中正、负极上发生的电极反应，正极：

O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-

，负极：

H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O

；
③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出两点）：

燃料电池可以为电解池补充电能

、

提高产品氢氧化钠的浓度，降低能耗

．
（2）写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式：

2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高温  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO

．
（3）TiCl₄暴露在潮湿空气中冒白烟，白烟主要为白色的二氧化钛的水合物H₂TiO₃，写出该反应的化学方程式：

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
写出Mg与TiCl₄反应的热化学方程式：

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

，反应在氩气氛围中进行的原因是

Mg和Ti都有强还原性，在Ar气氛中可以防止被氧化

．

Answer 1

分析：（1）①电解食盐水生成氯气和氢气，氢气可做燃料，氯气可作为钛的冶炼原料，通入空气，原电池正极氧气被消耗，生成氢氧根；
②正极通入空气，发生还原反应，负极通入氢气，发生氧化反应；
③燃料电池可以为电解池补充电能、提高产品氢氧化钠的浓度，降低能耗；
（2）按流程图找出反应物和生成物；
（3）TiCl₄与水反应生成氯化氢和二氧化钛的水合物H₂TiO₃；
（4）根据盖斯定律，①×2-②×2可得；Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化．

解答：解：（1）①电解食盐水生成氯气和氢气，Y气体作为燃料电池的燃料，故Y为氢气；X气体作为钛的冶炼原料，故X为氯气，通入空气，原电池正极氧气被消耗，生成氢氧根，故氢氧化钠浓度增大，故a%＜b%，
故答案为：Cl₂；H₂；a%＜b%；
②正极通入空气，发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，负极通入氢气，发生氧化反应，电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；H₂-2e^-+2OH^-═2H₂O；
③这样设计的主要节（电）能之处在于燃料电池可以为电解池补充电能、提高产品氢氧化钠的浓度，降低能耗，
故答案为：燃料电池可以为电解池补充电能、提高产品氢氧化钠的浓度；
（2）由流程图可知反应物为钛酸铁、C和氯气，生成物为氯化铁、四氯化钛和CO，
故方程式为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂

高温  .

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

高温  .

2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）反应的化学方程式：TiCl₄+3H₂O═H₂TiO₃+4HCl，
故答案为：TiCl₄+3H₂O═H₂TiO₃+4HCl；
（4）根据盖斯定律，反应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都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O₂氧化，故该反应需在Ar气氛中进行，
故答案为：2Mg（s）+TiCl₄（s）═2MgCl₂（s）+Ti（s）△H-512kJ?mol^-1；Mg和Ti都有强还原性，在Ar气氛中可以防止被氧化．

点评：本题将众多的知识融合于工业生产中，考查了学生分析问题和解决问题的能力，综合性很强，难度较大．