Question

由于催化剂可以为化学工业生产带来巨大的经济效益，催化剂研究和寻找一直是受到重视的高科技领域。

（1）V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂。下图为硫酸生产过程中2SO₂ (g) + O₂(g)2SO₃(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1反应过程的能量变化示意图。

①V₂O₅的使用会使图中B点          （填“升高”、“降低”）。

②一定条件下，SO₂与空气反应tmin后，SO₂和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L，则SO₂起始物质的量浓度为      mol/L；生成SO₃的化学反应速率为         mol/(L·min)。

（2）下图是一种以铜、稀硫酸为原料生产蓝矾的生产流程示意图。

①生成CuSO₄的总反应为2Cu+O₂+2H₂SO₄＝2 CuSO₄+2H₂O，少量起催化作用，使反应按以下两步完成：

第一步：Cu＋2Fe^3＋＝2Fe^2＋＋Cu^2＋

第二步：                                    。（用离子方程式表示）

②调节溶液pH为3～4的目的是                                 ，调节时加入的试剂可以为         。（选填序号）

a．NaOH溶液     b．CuO粉末     c．Cu₂(OH)₂CO₃       d．氨水

（3）纳米TiO₂是优良的光敏催化剂。工业上用钛铁矿制得粗TiO₂；再转化为TiCl₄(l)；由TiCl₄(l)制取纳米TiO₂的方法之一是将TiCl₄气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行水解。

已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＝TiCl₄(l)＋O₂(g)   ΔH＝＋140 kJ·mol^－1

2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g)  ΔH＝－221 kJ·mol^－1

①写出TiO₂和焦炭、氯气反应生成TiCl₄和CO的热化学方程式：                             。

②写出上述TiCl₄(l)制取纳米TiO₂的化学方程式：                                          。

Answer

（1）①降低(1分) ②a+b(1分)   (1分)  （2） ①4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O (2分)

②将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去(1分)   b,c(2分)

（3）①TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)＝TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－81 kJ·mol－1(2分)

②TiCl4+2H2OTiO2+4HCl(2分)

【解析】

试题分析：（1）①催化剂能降低反应的活化能，所以V2O5的使用会使图中B点降低。

②一定条件下，SO2与空气反应tmin后，SO2和SO3物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L，则根据S原子守恒可知，SO2起始物质的量浓度为（a＋b）mol/L；反应速率通常用单位时间内浓度的变化量来表示，所以生成SO3的化学反应速率为mol/(L·min)。

（2）①由于催化剂在反应前后不变，因此根据总反应式和第一步反应式可知，总反应式减去第一步反应式即得到第二步反应式，即第二步反应式为4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O

②由于溶液中含有铁离子，会干扰硫酸铜的制备，因此需要将铁离子除去。所以调节溶液pH的目的就是将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。又因为在除去铁离子的同时，不能在引入新的杂质，因此不能 选择氢氧化钠和氨水，应该选择氧化铜或碱式碳酸铜，即答案选bc。

（3）①已知反应①TiO2(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋O2(g)   ΔH＝＋140 kJ·mol－1、②2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知①＋②即得到反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)＝TiCl4(l)＋2CO(g)，所以该反应的反应热ΔH＝140 kJ·mol－1－221 kJ·mol－1＝－81 kJ·mol－1。

②根据TiCl4(l)制取纳米TiO2的方法之一是将TiCl4气体导入氢氧火焰中（700～1000℃）进行水解可知，TiCl4(l)制取纳米TiO2的化学方程式为TiCl4+2H2OTiO2+4HCl。

考点：考查催化剂对活化能的影响、反应速率计算；物质的分离与提纯；反应热的计算以及物质制备等