Question

某經(jīng)濟開發(fā)區(qū)將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），大大地提高了資源利用率，減少了環(huán)境污染．

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）寫出鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學方程式：    ．
（2）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①已知該反應(yīng)在300℃時的化學平衡常數(shù)為0.27，該溫度下將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時反應(yīng)將    （填“向正反應(yīng)方向進行”、“向逆反應(yīng)方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
②若不考慮生產(chǎn)過程中物質(zhì)的任何損失，該產(chǎn)業(yè)鏈中每合成19.2t甲醇，至少需額外補充H₂    t．
（3）用甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池作電源電解精煉粗銅（如圖），在接通電路一段時間后純Cu質(zhì)量增加6.4g．
①請寫出燃料電池中的負極反應(yīng)式：    ．
②燃料電池正極消耗空氣的體積是    （標準狀況，空氣中O₂體積分數(shù)以20%計算）．

Answer 1

【答案】分析：（1）從圖示可知氯化時的反應(yīng)物、生成物，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式；
（2）①根據(jù)濃度熵數(shù)值和平衡常數(shù)的大小關(guān)系來判斷；
②根據(jù)CO和H₂合成甲醇的方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）以及2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得到相應(yīng)關(guān)系式來計算；
（3）①根據(jù)負極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)來回答；
②根據(jù)電路中的電子守恒來計算回答．
解答：解：（1）從圖示可知氯化時的反應(yīng)物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式為
2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）①將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此狀態(tài)的濃度熵Qc===0.44＞0.27，即Qc＞K，
所以此時反應(yīng)將向逆反應(yīng)方向進行，故答案為：向逆反應(yīng)方向進行；
②由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關(guān)系式：
6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產(chǎn)6molCH₃OH（192g）需額外補充5molH₂（10g），則生產(chǎn)19.2t甲醇，至少需額外補充1.0t氫氣，故答案為：1.0；
（3）甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池的總反應(yīng)為：3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正極反應(yīng)式為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，負極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)，
即為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
電解精煉粗銅時，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當生成6.4g純銅，至少轉(zhuǎn)移電子0.2mol，燃料電池的正極反應(yīng)為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，轉(zhuǎn)移電子0.2mol，
消耗氧氣0.05mol，折合成空氣為0.25mol，在標準狀況下的體積為5.6，故答案為：5.6 L．
點評：本題是一道有關(guān)電解原理的應(yīng)用知識題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．