题目

题型：不详难度：来源：

（15分）氯碱工业是高耗能产业，为了提高原料的利用率，将电解的Y气体作为燃料电池燃料，为电解池供电；X气体作为钛的冶炼原料，在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中氯碱工业装置中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。如下图所示：

（1）①上图中的节能型氯碱工业部分，X、Y分别是_______、_______(填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a％与b％的大小_________；
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：__________________________；负极：____________________________；
③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)_______________、____________。
(2)写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式                         。
(3)TiCl₄暴露在潮湿空气中冒白烟，白烟主要为白色的二氧化钛的水合物H₂Ti0₃，写出该反应的化学方程式                                            。
（4）已知：①Mg(s)+Cl₂ (g)=MgCl₂ (g) △H=-641kJ·mol^-1
②1/2Ti(s)+Cl₂ (g)=1/2TiCl₄ (l) △H="-385" kJ·mol^-1
写出Mg与TiCl₄反应的热化学方程式                ，
反应在氩气氛中进行的理由是                                  。

答案

（1）①Cl₂,H₂（2分）a%<b% (1分) ②O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-  H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O（2分）③燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产品碱液的浓度，降低能耗（其他合理答案也给分）（2分）
（2）2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO（2分）
(3)TiCl₄+3H₂O=H₂TiO₃+4HCl (2分)
（4）2Mg(s)+TiCl₄(l)=2MgCl₂(s)+Ti(s)；△H="-512" kJ·mol^-1（3分）
Mg和Ti都有强还原性，在氩气中可以防止被氧化（1分）

解析

（1）燃料电池中，通入空气一极为正极，通入燃料气一极为负极。①Y为氢气，氢气产生于电解池的阴极，推知产生电解池阳极的X为氯气；负极：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，水增多，OH^-减少，变稀，正极：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，水减少，OH^-增多，所以正极附近氢氧化钠溶液浓度变大，即a<b。注意，离子膜都只允许阳离子通过（水也不能通过）。(2)由流程图知，反应物为Cl₂、C、FeTiO₃,生成为FeCl₃、TiCl₄和CO (3)依题意，四氯化钛与水反应生成钛酸和氯化氢（4）由盖斯定律知，①×2-②×2得热化学反应方程式及反应热。