Question

5．某化工廠將鈦、氯堿工業(yè)和甲醇聯(lián)合生產(chǎn)，大大提高了原料的利用率，并減少環(huán)境污染．流程如圖1所示：
回答下列問題：
（1）寫出以石墨為電極電解飽和食鹽水的離子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑
圖2所示是典型氯堿工業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備--離子交換膜電解槽，該電解槽的特點(diǎn)是用離子交換膜將槽分隔為左右兩室，它能夠阻止一些物質(zhì)通過，也能允許一些物質(zhì)通過．下列有關(guān)說法正確的是C（填字母代號）．
A．離子交換膜的特點(diǎn)是允許氣體分子通過，而不允許陰離子通過
B．圖2中X是指氧氣
C．電解槽右室的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^一=H₂↑
D．電解槽左室也稱為陰極室
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭經(jīng)氯化得四氯化鈦的化學(xué)反應(yīng)方程式2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
生成2mol四氯化鈦時轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為14mol．
（3）利用生成的甲醉和NaOH溶液可以生產(chǎn)甲醇燃料電池，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
（4）鈦廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域．氬氣在冶煉鈦的流程中所起的作用是保護(hù)氣作用．
（5）利用CO和H₂制備甲醇
①已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（1）的燃料熱分別為-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1．寫出CO和H₂制備液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1．
②假設(shè)聯(lián)合生產(chǎn)中各原料利用率為100%，若得到6mol甲醇，則需再補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H₂112L．

Answer 1

分析 （1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，以此書寫離子方程式；
A．陰離子交換膜只有陰離子自由通過；
B．根據(jù)圖知，左邊半室氯離子放電生成氯氣，右邊半室氫離子放電生成氫氣，則X是氯氣、Y是氫氣；
C．電解槽右室中氫離子放電；
D．電解槽左室為陽極室；
（2）鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳；依據(jù)原子守恒配平寫出，根據(jù)得失電子計算生成2 mol四氯化鈦時轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量；
（3）原電池中負(fù)極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應(yīng)生成碳酸根離子；
（4）在Ar氣中進(jìn)行防止鈦、鎂被氧化；控制溫度使TiCl₄、Mg、MgCl₂轉(zhuǎn)化為蒸氣，Ti不融化；
（5）①先根據(jù)燃燒熱分別寫出CO、H₂、CH₃OH熱化學(xué)方程式后，根據(jù)蓋斯定律就可得出CO和H₂合成甲醇的熱化學(xué)方程式；
②根據(jù)甲醇的物質(zhì)的量計算需要CO、H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)n（CO）計算電解中生成的n（Cl₂），進(jìn)而計算電解生成n（H₂），據(jù)此計算解答．

解答 解：（1）電解食鹽水生成NaOH、H₂和Cl₂，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
A．陰離子交換膜只有陰離子自由通過，陽離子和分子不能通過，故A錯誤；
B．根據(jù)圖知，左邊半室氯離子放電生成氯氣，右邊半室氫離子放電生成氫氣，則X是氯氣、Y是氫氣，故B錯誤；
C．電解槽右室中氫離子放電，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-═H₂↑，故C正確；
D．電解槽左室中電極為陽極，所以為陽極室，右室為陰極室，故D錯誤；
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；C；
（2）從圖示可知氯化時的反應(yīng)物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，由方程式得出生成2molTiCl₄轉(zhuǎn)移14mol電子，所以生成2mol四氯化鈦時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為14mol；
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；14；
（3）原電池放電時，甲醇失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）在Ar氣中進(jìn)行防止鈦、鎂被氧化，保護(hù)氣作用，
故答案為：保護(hù)氣作用；
（5）①CO燃燒的熱化學(xué)方程式：H₂燃燒的熱化學(xué)方程式：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ•mol^-1 ①
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1②
CH₃OH燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律將①+②+（-③）可得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1；
②由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6mol甲醇需要n（CO）=6mol、n（H₂）=12mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7mol，故需額外補(bǔ)充H₂ 為12mol-7mol=5mol，V=5×22.4=112L；
故答案為：112．

點(diǎn)評 本題以氯堿工業(yè)為載體考查了電解池原理、考查了化學(xué)方程式的書寫及計算、蓋斯定律等，注意（1）會根據(jù)圖中物質(zhì)濃度變化確定電極發(fā)生的反應(yīng)為解本題關(guān)鍵，知道離子交換膜的作用、各個電極上發(fā)生的反應(yīng)，題目難度中等．