Question

9．某化工厂将钛、氯碱工业和甲醇联合生产，大大提高了原料利用率，并减少环境污染．流程如图1所示：
回答下列问题：
（1）写出以石墨为电极电解饱和食盐水的离子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．
图2所示是典型氯碱工业的关键设备--离子交换膜电解槽，该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室，它能够阻止一些物质通过，也能允许一些物质通过．下列有关说法正确的是C（填字母代号）．
A．离子交换膜的特点是允许气体分子通过，而不允许阴离子通过
B．图2中X是指氧气
C．电解槽右室的电极反应式为2H⁺+2e^一=H₂↑
D．电解槽左室也称为阴极室
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得四氯化钛的化学反应方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
生成2 mol四氯化钛时转移的电子的物质的量为14mol．
（3）利用生成的甲醇和NaOH溶液可以生产甲醇燃料电池，负极电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
（4）钛广泛应用于航天领域．氩气在冶炼钛的流程中所起的作用是保护气作用．
（5）利用CO和H₂制备甲醇
①已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（1）的燃料热分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．写出CO和H₂制备液态甲醇的热化学方程CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1．
②假设联合生产中各原料利用率为100%，若得到6mol甲醇，则需再补充标准状况下的H₂112L．

Answer 1

分析 （1）电解食盐水生成NaOH、H₂和Cl₂，以此书写离子方程式；A．阴离子交换膜只有阴离子自由通过；B．根据图知，左边半室氯离子放电生成氯气，右边半室氢离子放电生成氢气，则X是氯气、Y是氢气；C．电解槽右室中氢离子放电；D．电解槽左室为阳极室；
（2）钛铁矿经氯化得到四氯化钛、氯化铁和一氧化碳；依据原子守恒配平写出，根据得失电子计算生成2 mol四氯化钛时转移的电子的物质的量；
（3）原电池中负极上燃料失电子，碱性条件下，CH₃OH反应生成碳酸根离子；
（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）①先根据燃烧热分别写出CO、H₂、CH₃OH热化学方程式后，根据盖斯定律就可得出CO和H₂合成甲醇的热化学方程式；
②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）电解食盐水生成NaOH、H₂和Cl₂，反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
A．阴离子交换膜只有阴离子自由通过，阳离子和分子不能通过，故A错误；
B．根据图知，左边半室氯离子放电生成氯气，右边半室氢离子放电生成氢气，则X是氯气、Y是氢气，故B错误；
C．电解槽右室中氢离子放电，电极反应式为2H⁺+2e^-═H₂↑，故C正确；
D．电解槽左室中电极为阳极，所以为阳极室，右室为阴极室，故D错误；
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；C；
（2）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO₃、C、Cl₂，生成物为FeCl₃、TiCl₄、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，由方程式得出生成2molTiCl₄转移14mol电子，所以生成2mol四氯化钛时转移电子的物质的量为14mol；
故答案为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（3）原电池放电时，甲醇失电子被氧化，应为电池负极反应，其电极反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）在Ar气中进行防止钛、镁被氧化，保护气作用，
故答案为：保护气作用；
（5）①CO燃烧的热化学方程式：H₂燃烧的热化学方程式：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ•mol^-1 ①
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1②
CH₃OH燃烧的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1 ③
根据盖斯定律将①+②+（-③）可得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1；
②由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根据2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\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{\;电解\;}}{\;}$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，V=5×22.4=112L；
故答案为：112．

点评 本题以氯碱工业为载体考查了电解池原理、考查了化学方程式的书写及计算、盖斯定律等，注意（1）会根据图中物质浓度变化确定电极发生的反应为解本题关键，知道离子交换膜的作用、各个电极上发生的反应，题目难度中等．