Question

(18分)钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，江西省攀枝花和西昌地区的钒钛磁铁矿储量十分丰富。如下图所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率，减少环境污染。请填写下列空白：

⑴电解食盐水时，总反应的离子方程式_____________________________________。

⑵写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式：___________________。

⑶已知：①Mg(s) ＋Cl₂(g)＝MgCl₂(s)；ΔH＝－641 kJ·mol^－1

②Ti(s)＋2Cl₂(g)＝TiCl₄(s)；ΔH＝－770 kJ·mol^－1

则2Mg(s)＋TiCl₄(g)＝2MgCl₂(s)＋Ti(s)；ΔH____________________

反应在Ar气氛中进行的理由是____________________。

⑷在上述产业链中，合成192 t甲醇理论上需额外补充H₂__________t（不考虑生产过程中物质的任何损失）。

⑸以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池中负极上的电极反应式是____________________________________________。

（6）已知2A₂(g)+B₂(g) 2C₃(g)；△H=-a kJ/mol（a ＞0），在一个有催化剂的固定容积的容器中加入2mol A₂和1mol B₂，在500℃时充分反应达平衡后C₃的浓度为w mol/L，放出热量b kJ。

①比较a____________b（填＞、＝、＜）

②此反应的平衡常数表达式为________________________；若将反应温度升高到700℃，反应的平衡常数将_____________（增大、减小或不变）

③能说明该反应已经达到平衡状态的是______。

A．v(C₃)=2v(B₂)                   B．容器内压强保持不变    

C．v逆(A₂)＝2v正(B₂)             D．容器内的密度保持不变

Answer

⑴2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；

⑵2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO；

⑶－512 kJ•mol－1  防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）反应；    ⑷10；

⑸CH3OH＋8OH－－6e—＝CO32－＋6H2O   （6） ①＞  ② ，减小③b c

【解析】（1）惰性电极电解饱和食盐水的生成物是氢气、氢氧化钠和氯气，所以方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

（2）根据反应物和生成物并依据守恒法可以得出反应的方程式为2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO。

（3）根据盖斯定律可知，①×2－②即得到反应2Mg(s)＋TiCl4(g)＝2MgCl2(s)＋Ti(s)，所以反应热是－641 kJ·mol－1×2＋770 kJ·mol－1＝－512 kJ•mol－1。由于镁或钛都是金属，在高温下易与空气中的O2（或CO2、N2）反应，所以需要在Ar气氛中进行。

（4）192t甲醇是6×106mol，所以需要CO是6×106mol，氢气是12×106mol，。根据（2）中的反应可知，同时需要氯气是7×106mol，则在（1）反应中生成的氢气是7×106mol，所以还需要氢气是5×106mol，质量是10t。

（5）原电池中分解是失去电子的，所以甲醇在负极通入。又因为溶液显碱性，所以负极反应式为CH3OH＋8OH－－6e—＝CO32－＋6H2O。

（6）①因为是可逆反应，所以转化率达不到100％，即a大于b。

②平衡常数是指在一定条件下，可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据方程式可知，K＝。由于是放热反应，所以温度升高，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。速率之比是相应的化学计量数之比，因此A中的关系始终是成立，不正确。由于反应是体积减小的，所以压强也是减小，因此B可以说明。C中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，D不正确。答案选BC。