Question

為了提高資源利用率，減少環(huán)境污染，化工集團(tuán)將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產(chǎn)業(yè)鏈，如下圖所示。

請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）鈦鐵礦進(jìn)入氯化爐前通常采取洗滌、粉碎、烘干、預(yù)熱等物理方法處理，請(qǐng)從原理上解釋粉碎的作用___________________；已知氯化爐中反應(yīng)氯氣和焦炭的理論用料物質(zhì)的量比為7∶6，則氯化爐中的還原劑化學(xué)式是________________________；
（2）已知：①M(fèi)g(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(yīng)，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(gòu)成燃料電池。已知該燃料電池的總反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，該電池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式是：2CH₃OH－12eˉ+16OHˉ=2CO₃²ˉ+12H₂O。則正極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：___________。工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH是____（填“減小”、“增大”或“不變”）。

Answer 1

（16分）（1）增大反應(yīng)物間接觸面積，提高反應(yīng)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(biāo)明單位）
（3）Mg和Ti都有強(qiáng)還原性，在Ar氣氛中可防止被氧化（4分，前后回答準(zhǔn)確各2分）
（4）①O₂+2H₂O+4eˉ=4OHˉ（或3O₂+6H₂O+12eˉ=12OHˉ）（2分） ②減�。�2分）

試題分析：（1）聯(lián)系影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，鈦鐵礦是固體反應(yīng)物，粉碎可以增大固體反應(yīng)物的表面積，增大反應(yīng)物之間的接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率；根據(jù)物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式的系數(shù)之比，則Cl₂、C的系數(shù)分別為7、6，讀圖可知，氯化爐中氯元素由0降為—1價(jià)，則降低總數(shù)為1×2×7=14，碳元素由0升為+2價(jià)，升高總數(shù)為2×6=12，由于碳元素化合價(jià)升高總數(shù)不等于氯元素化合價(jià)降低總數(shù)，說(shuō)明鐵元素一定由+2升為+3價(jià)，且其系數(shù)為2，則該反應(yīng)為2FeTiO₃+7Cl₂+6C=2TiCl₄+2FeCl₃+6CO，還原劑為FeTiO₃和C；（2）觀察已知熱化學(xué)方程式，未知焓變的熱化學(xué)方程式可以通過(guò)①×2–②得到，根據(jù)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(yīng)為2Mg(s)+TiCl₄(s)=2MgCl₂(s)+Ti(s)，Mg、Ti的還原性都強(qiáng)，容易被氧氣、水、二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w氧化，降低鈦的產(chǎn)率，而氬氣是惰性氣體，能防止鎂、鈦氧化，提高鈦的產(chǎn)率；（4）正極上主要反應(yīng)物和產(chǎn)物為O₂→OHˉ；氧元素由0降為—2價(jià)，降低總數(shù)為4，則1個(gè)氧分子得到4個(gè)電子，即O₂+4eˉ→OHˉ；根據(jù)左右電荷守恒原理，左邊帶4個(gè)負(fù)電，則右邊一定為4個(gè)氫氧根離子，即O₂+4eˉ→4OHˉ；根據(jù)左右原子個(gè)數(shù)守恒原理，右邊比左邊多4個(gè)H、2個(gè)O，說(shuō)明左邊還有2個(gè)H₂O，即正極反應(yīng)式為O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ；O₂+4eˉ+2H₂O=4OHˉ中各微粒系數(shù)都乘以3，則3O₂+12eˉ+6H₂O=12OHˉ，也是該燃料電池的正極反應(yīng)式；依題意，該燃料電池的總反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OHˉ=2CO₃²ˉ+6H₂O，工作一段時(shí)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(zhì)溶液的堿性減弱，pH減小。