Question

為了提高資源利用率，減少環境污染，化工集團將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產業鏈，如下圖所示。

請填寫下列空白：
（1）鈦鐵礦進入氯化爐前通常采取洗滌、粉碎、烘干、預熱等物理方法處理，請從原理上解釋粉碎的作用___________________；已知氯化爐中反應氯氣和焦炭的理論用料物質的量比為7∶6，則氯化爐中的還原劑化學式是________________________；
（2）已知：①Mg(s)+Cl₂(g)=MgCl₂(s) △H=－641kJ?molˉ¹
②  2Mg(s)+TiCl₄(s)=2MgCl₂(s)+Ti(s) △H=－512kJ?molˉ¹
則Ti(s)+2Cl₂(g)= TiCl₄(s)  △H=               ；
（3）Ar氣通入還原爐中并不參與反應，通入Ar氣的作用是_______________________；
（4）以甲醇、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構成燃料電池。已知該燃料電池的總反應式為：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，該電池中負極上的電極反應式是：2CH₃OH－12eˉ+16OHˉ=2CO₃²ˉ+12H₂O。則正極上發生的電極反應為：___________。工作一段時間后，測得溶液的pH是____（填“減小”、“增大”或“不變”）。

Answer 1

（16分）（1）增大反應物間接觸面積，提高反應速率2分）     C、FeTiO₃（4分，各2分，順序不要求）
（2）－770kJ?molˉ¹（2分，一定要標明單位）
（3）Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可防止被氧化（4分，前后回答準確各2分）
（4）①O₂+2H₂O+4eˉ=4OHˉ（或3O₂+6H₂O+12eˉ=12OHˉ）（2分） ②減小（2分）

試題分析：（1）聯系影響化學反應速率的因素，鈦鐵礦是固體反應物，粉碎可以增大固體反應物的表面積，增大反應物之間的接觸面積，提高化學反應速率；根據物質的量之比等于化學方程式的系數之比，則Cl₂、C的系數分別為7、6，讀圖可知，氯化爐中氯元素由0降為—1價，則降低總數為1×2×7=14，碳元素由0升為+2價，升高總數為2×6=12，由于碳元素化合價升高總數不等于氯元素化合價降低總數，說明鐵元素一定由+2升為+3價，且其系數為2，則該反應為2FeTiO₃+7Cl₂+6C=2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，還原劑為FeTiO₃和C；（2）觀察已知熱化學方程式，未知焓變的熱化學方程式可以通過①×2–②得到，根據蓋斯定律可知，△H=①的焓變×2–②的焓變=（－641kJ?molˉ¹）×2—（－512kJ?molˉ¹）=—770kJ?molˉ¹；（3）還原爐中反應為2Mg(s)+TiCl₄(s)=2MgCl₂(s)+Ti(s)，Mg、Ti的還原性都強，容易被氧氣、水、二氧化碳、氮氣等氣體氧化，降低鈦的產率，而氬氣是惰性氣體，能防止鎂、鈦氧化，提高鈦的產率；（4）正極上主要反應物和產物為O₂→OHˉ；氧元素由0降為—2價，降低總數為4，則1個氧分子得到4個電子，即O₂+4eˉ→OHˉ；根據左右電荷守恒原理，左邊帶4個負電，則右邊一定為4個氫氧根離子，即O₂+4eˉ→4OHˉ；根據左右原子個數守恒原理，右邊比左邊多4個H、2個O，說明左邊還有2個H₂O，即正極反應式為O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ；O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ中各微粒系數都乘以3，則3O₂+12eˉ+6H₂O=12OHˉ，也是該燃料電池的正極反應式；依題意，該燃料電池的總反應式為：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，工作一段時間后，氫氧根離子被消耗，且水的量增大，則氫氧根離子濃度一定減小，電解質溶液的堿性減弱，pH減小。