Question

某小组根据工业生产原理设计如下转化关系，以获取烧碱和金属钛（Ti）．

（1）燃料电池中通入氧气的电极是    （填“正”或“负”）极，电极反应式是    ；用该电池电解饱和食盐水，若消耗32g甲醇，理论上Ⅰ中可生成NaOH    mol．
（2）如上图所示，理论上加入Ⅱ中的TiO₂和焦炭的物质的量之比是    ；由TiCl₄得到金属Ti的化学方程式是    ．
（3）根据Ⅲ中合成甲醇的反应，该小组保持温度不变，在两个相同的恒容密闭容器中进行实验，有关实验数据如下：

实验编号	T/℃	平衡时压强P/MPa	起始用量/mol		平衡时CO的转化率	放出热量/kJ
			n（H2）	n（CO）
Ⅰ	250	2	20	10	90%	a
Ⅱ	250	P1	40	20	c	b

①P₁    4MPa（填“＞”、“＜”或“=”）；
②实验Ⅰ条件下合成甲醇的热化学方程式是    ．

Answer

（1）燃料电池中燃料在负极得到电子发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应；依据电子守恒计算得到；
（2）依据转化流程中反应物和产物分析，利用已知守恒配平书写化学方程式；
（3）①合成甲醇反应为2H2+CO=CH3OH，反应前后气体压强减小，相同条件气体压强之比等于物质的量之比，反应是可逆反应实验Ⅱ相当于两个反应Ⅰ平衡叠加，压强增大，平衡正向进行；
②分析图表数据，反应的一氧化碳物质的量为9mol，放热aKJ；1mol一氧化碳反应放热KJ，依据热化学方程式标注物质聚集状态和对应焓变写出．
【解析】
（1）燃料电池中燃料在负极得到电子发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-；用该电池电解饱和食盐水，若消耗32g甲醇物质的量为1mol，依据甲醇电极反应计算物质转移，电极反应为CH3OH+6OH--6e-=CO2+5H2O，1mol甲醇反应电子转移6mol，根据电子守恒，电解饱和食盐水反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，电子转移2mol，生成2molNaOH，所以理论上Ⅰ中可生成NaOH物质的量6mol，
故答案为：正；O2+4e-+2H2O=4OH-；6；
（2）理论上加入Ⅱ中的TiO2和焦炭发生的反应是生成钛和一氧化氮，反应的化学方程式为：TiO2+2C=Ti+2CO，TiO2和焦炭的物质的量之比为1：2；由TiCl4得到金属Ti的化学方程式是：4Na+TiCl4 4NaCl+Ti，
故答案为：1：2；4Na+TiCl4 4NaCl+Ti；
（3）①合成甲醇反应为2H2+CO=CH3OH，反应前后气体压强减小，依据起始量分析，实验Ⅱ可以看做两个实验Ⅰ平衡叠加，相当于增大压强，平衡正向进行，平衡状态压强小于4MPa，
故答案为：＜；
②分析图表数据，反应的一氧化碳物质的量为9mol，放热aKJ；1mol一氧化碳反应放热KJ，反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）△H=kJ•mol-1，
故答案为：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）△H=kJ•mol-1．