Question

鈦(Ti)被稱(chēng)為繼鐵、鋁之后的第三金屬，也有人說(shuō)21世紀(jì)是鈦的世紀(jì)。鈦在地殼中的含量并不少，但鈦的冶煉技術(shù)還未獲得突破，目前鈦只用于尖端領(lǐng)域。
如下圖所示，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產(chǎn)業(yè)鏈可大大提高資源利用率，減少環(huán)境污染。

請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：
（1）用惰性電極電解2 L食鹽水時(shí)，總反應(yīng)的離子方程式_______________________________，當(dāng)陰極上產(chǎn)生224 mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，所得溶液的pH=             （假設(shè)電解前后溶液體積不變,食鹽水足量）。
（2）寫(xiě)出高溫下鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式                             。（提示：FeTiO₃中Ti為+4價(jià)）
（3）反應(yīng)2Mg＋TiCl₄2MgCl₄＋Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是____________________。
（4）二甲醚是一種重要的清潔燃料，可以通過(guò)甲醇分子間脫水制得：
2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)　ΔH=" -23.5" kJ/mol
T₁ ℃時(shí)，在恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時(shí)間變化如下圖所示。

①T₁ ℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為　　　　　；
②相同條件下，若改變起始濃度，某時(shí)刻各組分濃度依次為c(CH₃OH)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：v正　　　v逆(填“>”、“<”或“=”)。
（5）在上述產(chǎn)業(yè)鏈中，合成192噸甲醇理論上需額外補(bǔ)充H₂__________噸 （不考慮生產(chǎn)過(guò)程中物質(zhì)的任何損失）。

Answer 1

（14分，每空2分) （1）2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑；12
（2）2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO；
（3）防止高溫下Mg、Ti與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)； （4） ①5    ②＞     （5）10

試題分析：（1）用惰性電極電解食鹽水時(shí)，總反應(yīng)的離子方程式是2Cl^－＋2H₂O2OH^－＋H₂↑＋Cl₂↑。陰極是氫離子放電，生成氫氣，氫氣的物質(zhì)的量是0.224L÷22.4L/mol＝0.01mol，則根據(jù)方程式可知，生成的氫氧化鈉是0.02mol，所以氫氧化鈉溶液的濃度是0.02mol÷2L＝0.01mol/L，則pH＝12。
（2）高溫下碳的氧化產(chǎn)物是CO，所以鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式是2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂2TiCl₄＋2FeCl₃＋6CO。
（3）在高溫下鎂和鈦均能和空氣中的氧氣或氮?dú)饣駽O₂反應(yīng)，所以反應(yīng)在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是防止高溫下Mg、Ti與空氣中的O₂（或CO₂、N₂）反應(yīng)。
（4）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)圖像可知平衡時(shí)甲醚、水蒸氣和甲醇的濃度分別是（mol/L）1、0.8、0.4，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝。
②某時(shí)刻各組分濃度依次為c(CH₃OH)="0.4" mol/L、c(H₂O)="0.6" mol/L、(CH₃OCH₃)="1.2" mol/L，此時(shí)＜5，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。
（5）根據(jù)由方程式CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂＝2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O＝2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可得如下關(guān)系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產(chǎn)6molCH₃OH（192g）需額外補(bǔ)充5molH₂（10g），則生產(chǎn)192t甲醇，至少需額外補(bǔ)充10t氫氣。
點(diǎn)評(píng)：該題是高考中的常見(jiàn)題型，難度大，綜合性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的要求高。試題在注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)鞏固和訓(xùn)練的同時(shí)，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力，提高學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。該類(lèi)試題要求學(xué)生能夠具備通過(guò)對(duì)自然界、生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中化學(xué)現(xiàn)象以及相關(guān)模型、圖形和圖表等的觀察，獲取有關(guān)的感性知識(shí)和印象，并運(yùn)用分析、比較、概括、歸納等方法對(duì)所獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用的能力；能夠敏捷、準(zhǔn)確地獲取試題所給的相關(guān)信息，并與已有知識(shí)整合，在分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上應(yīng)用新信息的能力。