Question

某经济开发区将钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成了一个产业链（如图所示），大大地提高了资源利用率，减少了环境污染．

请填写下列空白：
（1）写出钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式：    ．
（2）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）．
①已知该反应在300℃时的化学平衡常数为0.27，该温度下将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将    （填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）．
②若不考虑生产过程中物质的任何损失，该产业链中每合成19.2t甲醇，至少需额外补充H₂    t．
（3）用甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池作电源电解精炼粗铜（如图），在接通电路一段时间后纯Cu质量增加6.4g．
①请写出燃料电池中的负极反应式：    ．
②燃料电池正极消耗空气的体积是    （标准状况，空气中O₂体积分数以20%计算）．

Answer

（1）从图示可知氯化时的反应物、生成物，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式；
（2）①根据浓度熵数值和平衡常数的大小关系来判断；
②根据CO和H2合成甲醇的方程式：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）以及2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO和2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑得到相应关系式来计算；
（3）①根据负极反应=总反应-正极反应来回答；
②根据电路中的电子守恒来计算回答．
【解析】
（1）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO3、C、Cl2，生成物为FeCl3、TiCl4、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为
2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO，故答案为：2FeTiO3+6C+7Cl2=2FeCl3+2TiCl4+6CO；
（2）①将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此状态的浓度熵Qc===0.44＞0.27，即Qc＞K，
所以此时反应将向逆反应方向进行，故答案为：向逆反应方向进行；
②由方程式CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）、2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+2TiCl4+6CO和2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑得如下关系式：
6CH3OH→6CO→7Cl2→7H2，而6CH3OH→12H2，故每生产6molCH3OH（192g）需额外补充5molH2（10g），则生产19.2t甲醇，至少需额外补充1.0t氢气，故答案为：1.0；
（3）甲醇-空气碱性（KOH）燃料电池的总反应为：3O2+2CH3OH+4OH-=2CO32-+6H2O，正极反应式为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，负极反应=总反应-正极反应，
即为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
电解精炼粗铜时，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，当生成6.4g纯铜，至少转移电子0.2mol，燃料电池的正极反应为：3O2+12e-+6H2O=12OH-，转移电子0.2mol，
消耗氧气0.05mol，折合成空气为0.25mol，在标准状况下的体积为5.6，故答案为：5.6 L．