金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)ΔH1=172kJ•mol-1,Kp1=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)═TiCl4(g)+2CO(g)ΔH2=-51kJ•mol-1,Kp2=1.2×1012Pa
①反应2C(s)+O2(g)═2CO(g)的ΔH为 -223-223kJ•mol-1,Kp=1.2×10141.2×1014Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 根据吉布斯自由能ΔG=△H-T△S,当△H>0(放热),△S>0(熵增)时,△G<0,反应能自发进行,△G>0时反应不能自发进行,碳氯化反应中△H<0,为放热反应,且反应物2molCl2(g),生成物中有1molTiCl4(g)和2molCO气体,为气体体积增大的反应(熵增),直接氯化为吸热反应,所以“碳氯化”的反应趋势远大于直接氯化根据吉布斯自由能ΔG=△H-T△S,当△H>0(放热),△S>0(熵增)时,△G<0,反应能自发进行,△G>0时反应不能自发进行,碳氯化反应中△H<0,为放热反应,且反应物2molCl2(g),生成物中有1molTiCl4(g)和2molCO气体,为气体体积增大的反应(熵增),直接氯化为吸热反应,所以“碳氯化”的反应趋势远大于直接氯化。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡 向左向左移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 变小变小(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1:2.2:2进行反应。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反应C(s)+CO2(g)═2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=7.2×1057.2×105Pa。
②图中显示,在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 加快反应速率,提高生产效率加快反应速率,提高生产效率。
(3)TiO2碳氯化是一个“气-固-固”反应,有利于TiO2-C“固-固”接触的措施是 将固体粉碎后混匀将固体粉碎后混匀。
【答案】-223;1.2×1014;根据吉布斯自由能ΔG=△H-T△S,当△H>0(放热),△S>0(熵增)时,△G<0,反应能自发进行,△G>0时反应不能自发进行,碳氯化反应中△H<0,为放热反应,且反应物2molCl2(g),生成物中有1molTiCl4(g)和2molCO气体,为气体体积增大的反应(熵增),直接氯化为吸热反应,所以“碳氯化”的反应趋势远大于直接氯化;向左;变小;7.2×105;加快反应速率,提高生产效率;将固体粉碎后混匀
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:962引用:3难度:0.5
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