(16分)金属钛被称为铁和铝之后崛起的“第三金属”,常见化合价为+4。它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料。
Ⅰ．工业上用钛铁矿(主要成分FeTiO3)制备金属钛的一种工艺流程如下图(部分产物略去)：
（1）步骤①反应的化学方程式为：2FeTiO3 + 6C + 7Cl2高温2FeCl3 + 2TiCl4 + 6CO,还原剂是 。
（2）步骤②分离出TiCl4的方法,利用了TiCl4与FeCl3 的不同。
（3）步骤④反应的化学方程式为____________,该反应在氩气中进行的理由是____ ______。
（4）绿色化学提倡物料循环。以上流程中,可用于循环的物质除Cl2、Mg外,还有__________。
II． 工业上也可用TiO2通过下述两种方法制备金属钛：
方法一：先将TiO2氯化为TiCl4,再还原得到Ti。
（5）氯化反应TiO2 (s) +2Cl2 (g)
TiCl4(l) + O2 (g)无法自发正向进行,在反应器中加入碳,则在高温条件下反应可顺利进行。试从化学平衡角度解释,往氯化反应器中加碳的原因： 。
方法二：以熔融盐为电解液电解TiO2获得Ti。其中碳块为阳极,电极反应式为：2O2ˉ4eˉ＝O2↑；TiO2作阴极，被还原。
（6）阴极的电极反应式为 。
（7）电解过程中需定期向电解槽中加入碳块的原因是 。
2013年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图所示。
据此判断:
①该反应的ΔH 0(填“>”或“<”)。
②在T2温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N2)= 。
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 (填代号)。
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1="-867" kJ/mol
2NO2(g)
N2O4(g) ΔH2="-56.9" kJ/mol
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)和H2O(g)的热化学方程式: 。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为 。
一定温度下2 L的恒容容器甲中,加入2 mol碳和2 mol CO2发生如下反应: C(s)+CO2(g) 
2CO(g) ΔH>0,测得容器中CO2的物质的量随时间t的变化关系如图所示。
(1)该反应的ΔS 0(填“>”、“<”或“=”)。在 (填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
(2)列式并计算上述温度下此反应的平衡常数 (结果保留一位小数)。
(3)向上述平衡体系中再通入CO2,则CO2的转化率 (填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”)。
(4)相同温度下,2 L的恒容容器乙中加入4 mol碳和4 mol CO2,达到平衡。请在图中画出乙容器中CO2的物质的量随时间t变化关系的预期结果示意图。(注明平衡时CO2的物质的量)
(5)相同温度下,2 L的恒容容器丙中加入4 mol碳、4 mol CO2和4 mol CO。开始反应时v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)。
一定温度下在体积为5 L的密闭容器中发生可逆反应。(Ⅰ)若某可逆反应的化学平衡常数表达式为:K=
(1)写出该反应的化学方程式:
(2)能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是 (填选项编号)。
| A．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 |
| B．v正(H2O)=v逆(H2) |
| C．容器中气体的密度不随时间而变化 |
| D．容器中总质量不随时间而变化 |
E.消耗n mol H2的同时消耗n mol CO
(Ⅱ)若该密闭容器中加入的是2 mol Fe(s)与1 mol H2O(g),t1秒时,H2的物质的量为0.20 mol,到第t2秒时恰好达到平衡,此时H2的物质的量为0.35 mol。
(1)t1～t2这段时间内的化学反应速率v(H2)= 。
(2)若继续加入2 mol Fe(s),则平衡 移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),继续通入1 mol H2O(g),再次达到平衡后,H2物质的量为 mol。
(3)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图。t1时改变了某种条件,改变的条件可能是 、 (填写2项)。
水煤气是一种高效气体燃料,其主要成分是CO和H2,可用水蒸气通过炽热的碳制得:C (s)+H2O(g)
CO (g)+H2 (g) ΔH="+131" kJ·mol-1
(1)T温度下,四个容器中均进行着上述反应,各容器中碳足量,其他物质的物质的量浓度及正、逆反应速率关系如下表所示。请填写表中相应的空格。
| 容器 编号 |
c(H2O) /mol·L-1 |
c(CO) /mol·L-1 |
c(H2) /mol·L-1 |
v正、v逆比较 |
| Ⅰ |
0.06 |
0.60 |
0.10 |
v正=v逆 |
| Ⅱ |
0.06 |
0.50 |
0.40 |
① |
| Ⅲ |
0.12 |
0.40 |
0.80 |
v正<v逆 |
| Ⅳ |
0.12 |
0.30 |
② |
v正=v逆 |
① ,② 。
在T温度下该反应的化学平衡常数为 。
(2)另有一个容积可变的密闭容器。恒温恒压下,向其中加入1.0 mol碳和1.0 mol水蒸气 (H2O),发生上述反应,达到平衡时,容器的体积变为原来的1.25 倍。平衡时水蒸气的转化率为 ;向该容器中补充a mol 碳,水蒸气的转化率将 (填 “增大”、“减小”或“不变”)。
(3)在一定条件下用水煤气能合成甲醇:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH>0,给合成甲醇反应体系中通入少量CO则平衡 移动,减小压强则平衡 移动,降低温度则平衡 移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)从反应开始到10 s时,用Z表示的反应速率为 ,X的物质的量浓度减少了 ,Y的转化率为 。
(2)该反应的化学方程式为
(3)10 s后的某一时刻(t1)改变了外界条件,其速率随时间的变化图像如图所示:
则下列说法符合该图像的是 。
| A．t1时刻,增大了X的浓度 | B．t1时刻,升高了体系温度 |
| C．t1时刻,缩小了容器体积 | D．t1时刻,使用了催化剂 |