Question

（14分）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合成甲醇是放热的，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2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为2 L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下图表示合成甲醇反应达到平衡后，每次只改变温度、压强、催化剂中的某一条件，反应速率υ与时间t的关系。其中表示平衡混合物中的甲醇的含量最高的一段时间是        。图中t₃时改变的条件可能是         。

（3）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL—定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式                                  。

②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后,石墨电极上的电极反应式                 ，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为            mol/L。（假设溶液体积不变）

Answer

⑴ 2FeTiO3＋6C＋7Cl2＝2FeCl3＋2TiCl4＋6CO （2分）

⑵① 向逆反应方向进行（2分）

②t2~t3  （2分）升高温度 （2分）

（3）①CH3OH-6e－+8OH－=CO32－+6H2O（2分）

②4OH--4e－=O2↑+2H2O （2分） 0.1（2分）

【解析】

试题分析：⑴据流程图，钛铁矿氯化过程中反应物有FeTiO3、C、Cl2、，生成物有FeCl3、TiCl4、CO，然后根据氧化还原反应的配平方法将其配平。

⑵①此时该反应的浓度商Qc＝＞0.27（K），说明反应向逆反应方向进行；

②结合反应[CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，正反应放热]，并据图可确定“t1～t2”是加压，“t3～t4”是加热（升高温度），“t5～t6”是加催化剂；在t2~t3时间段内平衡混合物中的甲醇的含量最高。

⑶①装置甲为甲醇燃料电池，通入甲醇一极为负极，先根据得失电子守恒有CH3OH-6e－――CO32－，再根据电荷守恒有CH3OH-6e－+8OH―――CO32－，最后根据原子守恒得CH3OH-6e－+8OH－=CO32－+6H2O。

②装置乙为电解池，铁电极为阴极，该极发生的电极反应依次为Cu2++2e－=Cu，2H++2e－=H2↑；石墨为阳极，该极发生的电极反应式依次为2Cl－－2e－=Cl2↑，4OH－－4e－=O2↑+2H2O；据此可确定在t1后，石墨电极上的电极反应式为4OH--4e－=O2↑+2H2O；根据在t1前发生的电极反应“2Cl－－2e－=Cl2↑”可计算原混合溶液中NaCl的物质的量浓度：。

考点： 本题考查氧化还原反应方程的书写、化学平衡的移动、化学平衡图像分析、电极反应式的书写与计算。