Question

（14分）某經濟開發區將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個產業鏈（如圖所示），大大地提高了資源利用率，減少了環境污染。

請填寫下列空白：
（1）寫出鈦鐵礦經氯化得到四氯化鈦的化學方程式：                     。
（2）由CO和H₂合成甲醇是放熱的，方程式是：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)。
①已知該反應在300℃時的化學平衡常數為0.27，該溫度下將2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容積為2 L的密閉容器中，此時反應將     （填“向正反應方向進行”、“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態”）。
②下圖表示合成甲醇反應達到平衡后，每次只改變溫度、壓強、催化劑中的某一條件，反應速率υ與時間t的關系。其中表示平衡混合物中的甲醇的含量最高的一段時間是       。圖中t₃時改變的條件可能是        。

（3）某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL—定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式                                 。
②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如丙圖所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t₁后,石墨電極上的電極反應式                ，原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為            mol/L。（假設溶液體積不變）

Answer 1

⑴ 2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂＝2FeCl₃＋2TiCl₄＋6CO（2分）
⑵① 向逆反應方向進行（2分）
②t₂~t₃  （2分）升高溫度 （2分）
（3）①CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O（2分）
②4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O （2分）   0.1（2分）   

試題分析：⑴據流程圖，鈦鐵礦氯化過程中反應物有FeTiO₃、C、Cl₂、，生成物有FeCl₃、TiCl₄、CO，然后根據氧化還原反應的配平方法將其配平。
⑵①此時該反應的濃度商Q_c＝＞0.27（K），說明反應向逆反應方向進行；
②結合反應[CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)，正反應放熱]，并據圖可確定“t₁～t₂”是加壓，“t₃～t₄”是加熱（升高溫度），“t₅～t₆”是加催化劑；在t₂~t₃時間段內平衡混合物中的甲醇的含量最高。
⑶①裝置甲為甲醇燃料電池，通入甲醇一極為負極，先根據得失電子守恒有CH₃OH-6e^－――CO₃^2－，再根據電荷守恒有CH₃OH-6e^－+8OH^―――CO₃^2－，最后根據原子守恒得CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O。
②裝置乙為電解池，鐵電極為陰極，該極發生的電極反應依次為Cu²⁺+2e^－=Cu，2H⁺+2e^－=H₂↑；石墨為陽極，該極發生的電極反應式依次為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，4OH^－－4e^－=O₂↑+2H₂O；據此可確定在t₁后，石墨電極上的電極反應式為4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O；根據在t₁前發生的電極反應“2Cl^－－2e^－=Cl₂↑”可計算原混合溶液中NaCl的物質的量濃度：。