题目内容
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．
请回答下列问题：
（1）写出Ti原子的核外电子排布式 ．
（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 ．
（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： ．
（4）由TiCl4→Ti需要在Ar气中进行，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．
（5）CH3OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，请写出甲烷燃烧的热化学方程式 ．以甲醇和氧气（或空气）、电解液为Li2CO3和K2CO3的熔融物组成燃料电池，该电池负极反应式为 ．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9mol甲醇，至少需额外补充H2mol．
请回答下列问题：
（1）写出Ti原子的核外电子排布式
（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
（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：
（4）由TiCl4→Ti需要在Ar气中进行，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
| TiCl4 | Mg | MgCl2 | Ti | |
| 熔点/℃ | -25.0 | 648.8 | 714 | 1667 |
| 沸点/℃ | 136.4 | 1090 | 1412 | 3287 |
考点：原子核外电子排布,热化学方程式,常见化学电源的种类及其工作原理,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用
专题：原子组成与结构专题,电化学专题,元素及其化合物
分析：（1）Ti的原子序数为22，结合电子排布规律分析；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、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）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl2变为气体，而Ti还没有熔化；
（5）标明物质的聚集状态和△H的正负号、数值、单位写热化学反应方程式；甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为：3O2+2CH3OH+4OH-=2CO32-+6H2O，正极反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，负极反应=总反应-正极反应；由方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）、2FeTiO3+6C+7Cl2
2FeCl3+2TiCl4+6CO、2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑得如下关系式：6CH3OH→6CO→7Cl2→7H2，而6CH3OH→12H2，故每生产6molCH3OH需额外补充5molH2，以此计算．
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、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）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl2变为气体，而Ti还没有熔化；
（5）标明物质的聚集状态和△H的正负号、数值、单位写热化学反应方程式；甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为：3O2+2CH3OH+4OH-=2CO32-+6H2O，正极反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，负极反应=总反应-正极反应；由方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）、2FeTiO3+6C+7Cl2
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解答：
解：（1）Ti的原子序数为22，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2；
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、CO，该反应为2FeTiO3+6C+7Cl2
2FeCl3+2TiCl4+6CO，
故答案为：2FeTiO3+6C+7Cl2
2FeCl3+2TiCl4+6CO；
（3）水解时需加入大量的水并加热，由TiCl4+（2+x） H2O
TiO2?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）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl2变为气体，而Ti还没有熔化，则需加热的温度略高于1412℃即可，故答案为：1412；
（5）CH3OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，则甲烷燃烧的热化学方程式为2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1453kJ?mol-1，
甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为3O2+2CH3OH+4OH-=2CO32-+6H2O，正极反应式为3O2+12e-+6H2O=12OH-，负极反应=总反应-正极反应=CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
由方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）、2FeTiO3+6C+7Cl2
2FeCl3+2TiCl4+6CO、2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑得如下关系式：6CH3OH→6CO→7Cl2→7H2，而6CH3OH→12H2，故每生产6molCH3OH需额外补充5molH2，则上述产业链中每合成9mol甲醇，至少需额外补充H2为9mol×
=7.5mol，
故答案为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1453kJ?mol-1；CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O；7.5．
（2）钛铁矿在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、CO，该反应为2FeTiO3+6C+7Cl2
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故答案为：2FeTiO3+6C+7Cl2
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（3）水解时需加入大量的水并加热，由TiCl4+（2+x） H2O
TiO2?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） H2O
TiO2?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）采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，由表格中数据可知，1412℃Mg、MgCl2变为气体，而Ti还没有熔化，则需加热的温度略高于1412℃即可，故答案为：1412；
（5）CH3OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ/mol，则甲烷燃烧的热化学方程式为2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1453kJ?mol-1，
甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为3O2+2CH3OH+4OH-=2CO32-+6H2O，正极反应式为3O2+12e-+6H2O=12OH-，负极反应=总反应-正极反应=CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
由方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）、2FeTiO3+6C+7Cl2
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故答案为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1453kJ?mol-1；CH3OH+3CO32--6e-=4CO2+2H2O；7.5．
点评：本题的综合性很强，侧重分析能力及计算能力的考查，涉及电子排布、化学反应方程式的书写，化学平衡、燃烧热、原电池等多方面内容，注意知识的迁移应用，对学生能力要求较高，题目难度较大．
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