Question

TiO₂和TiCl₄均为重要的化工原料，已知：

Ⅰ.TiCl₄(g)+O₂(g)TiO₂(s)+2Cl₂(g)   ΔH=-175.4kJ/mol

Ⅱ.2C(s)+O₂(g)2CO(g)   ΔH=-220.9kJ/mol

请回答下列问题：

（1）TiCl₄(g)+2CO(g)TiO₂(s)+2C(s)+2Cl₂(g)的ΔH=___kJ/mol。

（2）t℃时，向10L恒容密闭容器中充入1molTiCl₄和2molO₂，发生反应I，4min达到平衡时测得TiO₂的物质的量为0.2mol。

①反应0~4min末的平均速率v(Cl₂)=_，该温度下K=_（用分数表示），O₂的平衡转化率=__。

②下列措施，既能加快正反应速率，又能增大O₂的平衡转化率的是_。

A.缩小容器的体积

B.加入催化剂

C.分离出部分TiO₂

D.增加O₂的浓度

E.减低温度

F.以上方法均不可以

③t℃时，向10L恒容密闭容器中充入3molTiCl₄和一定量的O₂，发生反应I，两种气体的平衡转化率（a%）与起始的物质的量之比（TiCl₄/O₂）的关系如图1所示：能表示O₂的平衡转化率的曲线为___(填“L₁”或“L₂”)，M点的坐标为___(用整数或分数表示)。

（3）CO是有毒气体，测定空气中CO含量常用的方法之一是电化学气敏传感器法。其中CO传感器的工作原理如图2所示，则工作电极的反应式为___；为减少对环境造成的影响，用CO和H₂可以制备甲醇(CH₃OH)，以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol，当有0.5mol甲醇参与反应时，电解质溶液中溶质的主要成分是___(写化学式)。

Answer

+45.5 0.01mol/(L∙min) 10% F L1 (1，) CO－2e-＋H2O=CO2＋2H+ K2CO3、KHCO3

【解析】

(1)已知Ⅰ. TiCl4(g)+O2(g)TiO2(s)+2Cl2(g) ΔH=-175.4kJ/mol，Ⅱ.2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-220.9kJ/mol，用Ⅰ-Ⅱ可得TiCl4(g)+2CO(g)TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)，根据盖斯定律可得，ΔH=-175.4kJ/mol-(-220.9kJ/mol)=+45.5kJ/mol，故答案为：+45.5；

(2)根据题干信息可知：

①0~4min内，用Cl2表示的反应速率，平衡常数，，故答案为：0.01mol/(L∙min)；；10%；

②A. 缩小容器体积，气体压强增大，正反应速率加快，但平衡不移动，O2的平衡转化率不变，A选项错误；

B．加入催化剂，正反应速率加快，但平衡不移动，O2的平衡转化率不变，B选项错误；

C．分离出部分TiO2，正反应速率减慢，平衡正向移动，O2的平衡转化率增大，C选项错误；

D．增加O2的浓度，正反应速率加快，平衡正向移动，但根据勒夏特列原理，只能削弱不能抵消，O2的平衡转化率降低，D选项错误；

E．减低温度，正反应速率减慢，平衡正向移动，O2的平衡转化率增大，E选项错误；

综上，以上方法均不能满足条件，F正确，答案为：F；

③随着TiCl4的浓度增加，O2的转化率越来越大，故曲线L1表示O2的平衡转化率的曲线，M点表示n(TiCl4/O2)=方程式计量数之比=1时，TiCl4的转化率和O2的转化率相同，即a=1，t℃时，向10L恒容密闭容器中充入3molTiCl4和3molO2的混合气体时，转化率相等，有

因为温度不变，故平衡常数不变，则，解得x=，M点的坐标为：，故答案为：L1；；

(3)由图可知，H2SO4做电解质溶液，工作电极上CO失去电子转化为CO2，则电极反应式为CO－2e-＋H2O=CO2＋2H+，以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极），甲醇在负极参与反应，根据元素守恒，当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的CO2是0.5mol，与0.8mol氢氧化钾反应，根据方程式2KOH+CO2===K2CO3+H2O，K2CO3+CO2+H2O===2KHCO3，可知生成0.3mol的K2CO3和0.2mol的KHCO3，则电解质溶液中溶质的主要成分是K2CO3和KHCO3，故答案为：CO-2e-+H2O===CO2+2H+；K2CO3和KHCO3。