Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率。

請回答下列問題：
（1）氫寫出Ti原子的核外電子排布式______。
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭、氯氣反應(yīng)得到四氯化鈦的化學(xué)方程式              。
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再經(jīng)焙燒制得。水解時需加入大量的水并加熱，請結(jié)合化學(xué)方程式和必要的文字說明原因：                               。
（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar氣中進行，反應(yīng)后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于          ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

 
（5）CH₃OH（l）的燃燒熱△H=-726.5kJ/mol，請寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式 。以甲醇和氧氣（或空氣）、電解液為Li₂CO₃和K₂CO₃的熔融物組成燃料電池，該電池負極反應(yīng)式為__________________。
由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO(g)＋2H₂(g)= CH₃OH(g)。若不考慮生產(chǎn)過程中物質(zhì)的任何損失，上述產(chǎn)業(yè)鏈中每合成9mol甲醇，至少需額外補充H₂   mol。

Answer 1

（1）1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s² (2分)
（2）2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO (2分)
（3）TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl △H﹥0加入大量水并加熱，都能使水解反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，促進水解趨于完全。(3分)
（4）1412 (2分)
（5）2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol (2分)
CH₃OH + 3CO₃^2- - 6e^- ＝ 4CO₂ + 2H₂O  (2分） 7.5  (3分）

試題分析：（1）Ti的原子序數(shù)為22，原子核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s² ，故處于第四周期第ⅣB族；
（2）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 ；
發(fā)生TiCl₄ + (2+x）H₂OTiO₂·xH₂O↓+ 4HCl，加入大量水并加熱，HCl揮發(fā)，促使水解正向進行；
（4）在Ar氣中進行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不熔化，故溫度略高于1412℃；
（5）根據(jù)燃燒熱的定義：在25℃、101kPa時，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時放出的熱量，C轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H轉(zhuǎn)化為液態(tài)水．故可以得出CH₃OH完全燃燒的熱化學(xué)方程式；2CH₃OH(l）+ 3O₂(g)＝2CO₂(g）+ 4H₂O(l） △H＝-1453kJ·mol；以甲醇和氧氣（或空氣）、電解液為Li₂CO₃和K₂CO₃的熔融物組成燃料電池，在電池工作時，CO₃^2-移向負極。CH₃OH在負極上失去電子，在CO₃^2-的作用下生成CO₂氣體，O₂在正極上得到電子，在CO₂的作用下生成CO₃^2-，其電極反應(yīng)式為
負極：CH₃OH－6e^－＋3CO₃^2-4CO₂↑＋2H₂O
正極：O₂＋6e^－＋3CO₂3CO₃^2-
由CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）可知，合成9mol甲醇需要n（CO）=9mol、n（H₂）=18mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=n（CO）=mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=mol，故需額外補充H₂為18mol-mol=7.5mol。