工业上先将金红石(TiO2)转化为TiCl4,然后可制得在医疗等领域具有重要用途的钛(Ti)。按要求回答下列问题。
(1)钛的价层电子排布式为 3d24s23d24s2;预测钛元素的最高化合价为 +4+4。
(2)已知在一定条件下如下反应的热化学方程式及平衡常数:
ⅰ.TiO2(s)+2Cl2(g)⇌TiCl4(g)+O2(g)ΔH1=+162kJ⋅mol-1;K1
ⅱ.2C(s,石墨)+O2(g)⇌2CO(g)ΔH2=-221kJ⋅mol-1;K2
ⅲ.碳氯化法:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s,石墨)⇌TiCl4(g)+2CO(g)ΔH3(ΔS=+146J⋅K-1⋅mol-1);K3
①ΔH3=-59kJ⋅mol-1-59kJ⋅mol-1;K3=K1•K2K1•K2(用含K1、K2的代数式表示)。
②反应ⅲ自发进行的条件为 任意温度任意温度(填“低温”“高温”或“任意温度”)。
③在反应ⅰ中加入石墨制备TiCl4,用平衡移动原理分析其目的:因加入的石墨会消耗反应ⅰ产生的O2;反应ⅱΔH2<0,放出的热能使ΔH1>0的反应ⅰ平衡正移,TiCl4产率增加因加入的石墨会消耗反应ⅰ产生的O2;反应ⅱΔH2<0,放出的热能使ΔH1>0的反应ⅰ平衡正移,TiCl4产率增加。
(3)在VL的密闭容器中,投入一定量的TiO2、C、Cl2,进行反应ⅲ的模拟实验。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①设600℃时平衡体系气体总物质的量为n,反应C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)的平衡常数的值K=0.005nV0.005nV(用含n、V的代数式表示)。
②在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4。但实际生产TiCl4采用1000℃左右的反应温度,其理由是 1000℃高温可提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品1000℃高温可提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
(4)写出有利于加快反应ⅲ速率的一条措施:将TiO2(s)、C(s,石墨)两种固体粉碎后混合均匀,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”将TiO2(s)、C(s,石墨)两种固体粉碎后混合均匀,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”。
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【答案】3d24s2;+4;-59kJ⋅mol-1;K1•K2;任意温度;因加入的石墨会消耗反应ⅰ产生的O2;反应ⅱΔH2<0,放出的热能使ΔH1>0的反应ⅰ平衡正移,TiCl4产率增加;;1000℃高温可提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品;将TiO2(s)、C(s,石墨)两种固体粉碎后混合均匀,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”
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【解答】
【点评】
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发布:2024/4/30 13:42:58组卷:77引用:1难度:0.5
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①T℃时,向一恒容密闭容器中通入一定量的CH4(g)、C2H4(g)和H2(g),只发生反应2CH4(g)⇌C2H2(g)+3H2(g)ΔH,ΔH
②若只改变一个反应条件使Kp变大,则该条件是
A.减小C2H2的浓度
B.升高温度
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