化学反应原理大题讲解：

1．（15分）TiO2在工业生产和日常生活中有重要用途。

I、工业上用钛矿石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤②发生的反应为：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。

（1）净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO？答：_________（填“需要”或“不需要”） （2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中发生反应的化学方程式。答： 。

II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛：

方法一是电解TiO2来获得Ti（同时产生O2）：将处理过的TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl2为电解液，用碳块作电解槽池。

（3）阴极反应的电极反应式为___________________________________。

（4）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是______________________。 方法二是先将TiO2与Cl2、C反应得到TiCl4，再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生：TiO2 (s) +2Cl2 (g)

TiCl4(l) + O2 (g) △H = +151 kJ·mol

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所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反应（即氯化反应）来制取TiCl4。当往氯化反应体系中加入碳后，碳与上述反应发生耦合，使得反应在高温条件下能顺利进行。

（5）已知：C(s) + O2 (g) = CO2 (g) △H = - 394 kJ·mol。请填空： TiO2 (s) + C (s) +2Cl2 (g) = TiCl4 (l) + CO2 (g) △H = ______________ （6）从化学平衡的角度解释：往氯化反应体系中加入碳时，氯化反应能顺利进行的原因。 答：____________________________________________________________。

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1

2．使用石油热裂解的副产物CH4来制取CO和H2，其生产流程如下图：

（1）此流程的第I步反应为：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)，一定条件下CH4的平

衡转化率与温度、压强的关系如图a。则P1_________P2。（填“<”、“>”或“＝”）

100℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5。此时该反应的平衡常数K＝____________。 （2）此流程的第II步反应的平衡常数随温度的变化如下表： 400 500 830 温度/℃

10 9 1 平衡常数K

从上表可以推断：该反应是 反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，反应达到平衡时，CO的转化率为 。下图表示该反应在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况：

图中t2时刻发生改变的条件是 （写出一种）。 （3）工业上常利用反应Ⅰ产生的CO和H2合成可再生能源甲醇。

①已知CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol-1和726.5 kJ·mol-1，则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。

②合成甲醇的方程式为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H <0。在

230°C?270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比

n(H2):n(CO)，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如右图所示。

其中270℃的实验结果所对应的曲线是_____（填字母）；当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系是 。

③当投料比为1∶1，温度为230℃，平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数为 （保留1位小数）。

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3．（11分） I．在体积恒定的密闭容器中，充入2mol CO2和5mol H2，一定条件下发生反应： ．．．．

CO2(g) + 3H2(g)

（1）从反应开始到第10min，H2的转化率为 ，在该条件下，反应的平衡常

数K= ，如果在某一时刻保持温度不变，只改变浓度，使

c(CO2)=1.00mol/L，c(H2)=0.40mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.80mol/L，则平衡 （选填序号）。

a．向正反应方向移动 b．向逆反应方向移动 c．不移动 d．无法确定平衡移动方向

（2）下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是 （选填序号）。

a．升高温度 b．充入He(g)，使体系压强增大 c．将H2O(g)从体系中分离 d．再充入l mol CH3OH(g)

II．熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H2的体积比为1:1）直接作燃料，其工作原理如图所示。

H2O+CO2 CO+H2

H2O + 3CO2

2CO2

A级

4e-

650℃ 2CO32- 用电器

B级 4e-

O2

CH3OH(g) + H2O(g) △H = -49.0 kJ/mol。

测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示：

请回答下列问题：

（1）A电极的电极反应方程式为 。 （2）常温下，用石墨作电极，以此电源电解一定量的CuSO4溶液。当两极产生的气体

体积相同时停止通电，若电解后溶液的体积为2L，溶液的pH=1（不考虑水解产生的H+），则阳极产生的气体的物质的量是 。

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