Question

鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產業鏈（如圖所示），將大大提高資源的利用率，減少環境污染。

請回答下列問題：
（1）Ti的原子序數為22，Ti位于元素周期表中第_______周期，第______族。
（2）寫出鈦鐵礦在高溫下與焦炭經氯化得到四氯化鈦的化學方程式              。
（3）制備TiO₂的方法之一是利用TiCl₄水解生成TiO₂·x H₂O，再經焙燒制得。水解時需加入大量的水并加熱，請結合化學方程式和必要的文字說明原因：               。
（4）由TiCl₄→Ti 需要在Ar氣中進行的理由是_________________________________。反應后得到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）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO(g)＋2H₂(g)    CH₃OH(g)。
①已知該反應在300^oC時的化學平衡常數為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，此反應將             （填“向正反應方向進行”、“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態”）。
②若不考慮生產過程中物質的任何損失，上述產業鏈中每合成6 mol甲醇，至少需額外補充H₂     mol。

Answer 1

（1）四；ⅣB（各1分）
（2）2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2 FeCl₃+2TiCl₄+6CO(3分)
（3）TiCl₄+（2+x）H₂O TiO₂·xH₂O↓+4HCl,加入大量水并加熱，促使水解趨于完全；(3分)
（4）防止鈦 、鎂被氧化（或防止鈦鎂與空氣、水反應），1412（各1分）
（5）①向逆反應方向進行②5（各2分）

解析試題分析：（1）Ti的原子序數為22，根據核外電子排布規律得Ti位于元素周期表中第四周期，第ⅣB元素；
（2）結合流程圖，鈦鐵礦在高溫下與焦炭經氯化得到四氯化鈦的化學方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2 FeCl₃+2TiCl₄+6CO
（3）TiCl₄水解生成TiO₂·xH₂O化學方程式為TiCl₄+（2+x）H₂O TiO₂·xH₂O↓+4HCl,產物氯化氫易揮發，加入水并加熱，氯化氫濃度減小，平衡一直正向進行，水解趨于完全；
（4）鈦、鎂易與空氣中的氧氣反應，得不到鈦單質；反應后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，Mg、MgCl₂的沸點都比鈦的沸點低，所以溫度只要略高于1412℃即可把Mg、MgCl₂除去；
（5）該溫度下CO、H₂、CH₃OH的濃度分別為1 mol/L、1.5 mol/L、1mol/L，其濃度商大于0.27，所以反應逆向進行；上述產業鏈中FeTiO₃～7Cl₂～6CO～6CH₃OH，電解飽和食鹽水得7Cl₂～7H₂，所以產鏈中6CH₃OH～7H₂，而由CO和H₂合成甲醇反應中6CH₃OH～12H₂，所以生成6 mol甲醇，至少需額外補充H₂5mol。
考點：考查核外電子排布，化學方程式的書寫，化學平衡理論的應用，電解原理的應用，分析計算能力