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．如图为硫酸生产过程中2SO₂ （g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?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）如图是一种以铜、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=2CuSO₄+2H₂O，少量Fe₂（SO₄）₃起催化作用，使反应按以下两步完成：
第一步：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，
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）₂CO₃d．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）△H=+140kJ?mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ?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

考点：化学平衡的影响因素,热化学方程式,化学平衡建立的过程

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）①B为活化能，活化能的大小与反应热无关，加催化剂降低反应所需的活化能；
②根据化学平衡三段式列式计算，结合计算公式，c=

n

V

；v=

△c

△t

；
（2）①依据催化剂是改变反应速率本身化学性质和质量保持不变分析反应过程，催化剂参与反应，最后重新形成；
②生产流程示意图分析可知，调节溶液pH为3～4的目的是沉淀铁离子形成氢氧化铁沉淀，调节时加入的试剂应和酸反应，同时应避免引入新的杂质；
（3）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
②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℃）进行水解生成TiO₂和氯化氢；

解答： 解：（1）①A、C分别表示反应物总能量的生成物总能量，B为活化能，活化能的大小与反应热无关，加催化剂降低反应所需的活化能，该反应通常用V₂O₅作催化剂，则加V₂O₅会使图中B点降低，
故答案为：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，依据化学平衡三段式列式计算；
              2SO₂ （g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L）  a+b                0
变化量（mol/L）  b         0.5b      b
tmin量（mol/L）  a                   b
则SO₂起始物质的量浓度为（a+b）mol/L，生成SO₃的化学反应速率=

bmol/L

tmin

=

b

t

mol/L?min；
故答案为：a+b； 

b

t

；
（2）①总反应为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，少量Fe₂（SO₄）₃起催化作用，参与反应过程，本身化学性质和质量不变，使反应按以下两步完成第一步：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，第二步反应，酸溶液中亚铁离子被氧气氧化重新生成铁离子，反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
②生产流程示意图分析可知，调节溶液pH为3～4的目的是沉淀铁离子形成氢氧化铁沉淀，调节时加入的试剂应和酸反应，同时应避免引入新的杂质，
a．NaOH溶液会引入杂质离子钠离子，故a不符合；     
b．CuO粉末和酸反应可以调节溶液PH同时不引入杂质，故b符合；     
c．Cu₂（OH）₂CO₃  和溶液中酸反应可以调节溶液PH．同时不引入新的离子杂质，故c符合；
d．氨水调节溶液PH，会引入杂质离子铵根离子，故d不符合；
故答案为：将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀除去；  b，c；
（3）①a、TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140kJ?mol^-1
b、2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1
得到a+b得到TiO₂和焦炭、氯气反应生成TiCl₄和CO的热化学方程式：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81 kJ?mol^-1；
故答案为：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81 kJ?mol^-1；
②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℃）进行水解生成TiO₂和氯化氢，反应的化学方程式为：TiCl₄+2H₂O

高温  .

TiO₂+4HCl；
故答案为：TiCl₄+2H₂O

高温  .

TiO₂+4HCl；

点评：本题考查了化学平衡影响因素的分析判断，平衡计算应用，混合物分离方法和流程判断，化学反应能量变化和热化学方程式书写，掌握基础是关键，题目难度中等．