Question

为了提高资源利用率，减少环境污染，化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链，如下图所示。

请填写下列空白：

（1）钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理，请从原理上解释粉碎的作用___________________；已知氯化炉中反应氯气和焦炭的理论用料物质的量比为7∶6，则氯化炉中的还原剂化学式是________________________；

（2）已知：①Mg(s)+Cl₂(g)=MgCl₂(s)  △H=－641kJ•molˉ¹

②  2Mg(s)+TiCl₄(s)=2MgCl₂(s)+Ti(s)  △H=－512kJ•molˉ¹

则Ti(s)+2Cl₂(g)= TiCl₄(s)   △H=                ；

（3）Ar气通入还原炉中并不参与反应，通入Ar气的作用是_______________________；

（4）以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，该电池中负极上的电极反应式是：2CH₃OH－12eˉ+16OHˉ=2CO₃²ˉ+12H₂O。则正极上发生的电极反应为：___________。工作一段时间后，测得溶液的pH是____（填“减小”、“增大”或“不变”）。

 

Answer 1

【答案】

（16分）（1）增大反应物间接触面积，提高反应速率2分）     C、FeTiO₃（4分，各2分，顺序不要求）

（2）－770kJ•molˉ¹（2分，一定要标明单位）

（3）Mg和Ti都有强还原性，在Ar气氛中可防止被氧化（4分，前后回答准确各2分）

（4）①O₂+2H₂O+4eˉ=4OHˉ（或3O₂+6H₂O+12eˉ=12OHˉ）（2分）  ②减小（2分）

【解析】

试题分析：（1）联系影响化学反应速率的因素，钛铁矿是固体反应物，粉碎可以增大固体反应物的表面积，增大反应物之间的接触面积，提高化学反应速率；根据物质的量之比等于化学方程式的系数之比，则Cl₂、C的系数分别为7、6，读图可知，氯化炉中氯元素由0降为—1价，则降低总数为1×2×7=14，碳元素由0升为+2价，升高总数为2×6=12，由于碳元素化合价升高总数不等于氯元素化合价降低总数，说明铁元素一定由+2升为+3价，且其系数为2，则该反应为2FeTiO₃+7Cl₂+6C=2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，还原剂为FeTiO₃和C；（2）观察已知热化学方程式，未知焓变的热化学方程式可以通过①×2–②得到，根据盖斯定律可知，△H=①的焓变×2–②的焓变=（－641kJ•molˉ¹）×2—（－512kJ•molˉ¹）=—770kJ•molˉ¹；（3）还原炉中反应为2Mg(s)+TiCl₄(s)=2MgCl₂(s)+Ti(s)，Mg、Ti的还原性都强，容易被氧气、水、二氧化碳、氮气等气体氧化，降低钛的产率，而氩气是惰性气体，能防止镁、钛氧化，提高钛的产率；（4）正极上主要反应物和产物为O₂→OHˉ；氧元素由0降为—2价，降低总数为4，则1个氧分子得到4个电子，即O₂+4eˉ→OHˉ；根据左右电荷守恒原理，左边带4个负电，则右边一定为4个氢氧根离子，即O₂+4eˉ→4OHˉ；根据左右原子个数守恒原理，右边比左边多4个H、2个O，说明左边还有2个H₂O，即正极反应式为O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ；O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ中各微粒系数都乘以3，则3O₂+12eˉ+6H₂O=12OHˉ，也是该燃料电池的正极反应式；依题意，该燃料电池的总反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，工作一段时间后，氢氧根离子被消耗，且水的量增大，则氢氧根离子浓度一定减小，电解质溶液的碱性减弱，pH减小。

考点：考查有关物质制备的化学工艺流程大题，涉及解释粉碎固体原料的原因、判断还原剂、根据盖斯定律计算焓变、解释惰性气体的作用、燃料电池的工作原理、正极反应式、溶液pH变化情况等。