Question

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2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L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1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1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2：
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 1

考点：化学电源新型电池,热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学反应速率的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）流程中的反应物FeTiO₃、C、Cl₂，得到的产物是FeCl₃、TiCl₄、CO，据此来书写方程式；
（2）①根据Qc和K之间的关系来确定化学反应的方向；
②根据影响化学反应速率的因素：温度、浓度、压强、催化剂等知识结合图象来回答；
（3）①在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来书写电极反应式；
②根据电解池的电极反应规律来书写电解反应，结合电子守恒和离子的量的关系进行计算．

解答： 解：（1）根据流程图判断：反应物FeTiO₃、C、Cl₂，得到的产物是FeCl₃、TiCl₄、CO，钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，故答案为：2FeTiO₃+6C+7Cl₂=2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）①该反应在300℃时的化学平衡常数为0.27，该温度下将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为2L的密闭容器中，此时Qc=

c(CH3O)

c(CO)?c2(H2)

=

1

1×1．52

＞K，所以反应向逆方向移动，故答案为：向逆反应方向进行；
②根据图象知道：化学平衡先是正向移动，所以t₂～t₃甲醇的含量在原平衡基础上会升高，然后是平衡逆向移动，甲醇的含量降低，所以甲醇的含量的最高点是t₂～t₃，在t₃时刻，正逆反应速率均迅速升高，并且平衡逆向进行，所以改变的条件是升高温度，故答案为：t₂～t₃；升高温度；
（3）①在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，甲醇失电子的过程为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②通甲醇的电极是负极，所以石墨电极是阴极，该极上发生的电极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯气为224ml，物质的量为0.01mol，原溶液中氯化钠物质的量为0.02mol，氯化钠浓度=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，故答案为：0.1．

点评：本题综合考查学生化学反应速率和平衡以及电化学中原电池、电解池的工作原理知识，注意知识的归纳和整理是解题关键，综合性强，难度不大．