Question

9．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．
（1）工业上制取Ti的步骤之一是：在高温时，将金红石（TiO₂）、炭粉混合并通人Cl₂先制得TiCl₄和一种可燃性气体，已知：
①TiO₂ （s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（1）+O₂（g）；△H=-410.0kJ•mol^-1
②CO（g）═C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）；△H=+110.5kJ•mol^-1
则上述反应的热化学方程式是TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-631kJ/mol．
（2）利用“化学蒸气转移法”制备二硫化钽（TaS₂）晶体，发生如下反应：
TaS₂（s）+2I₂（g）═TaI₄（g）+S₂（g）△H₁＞0  （Ⅰ）；若反应（Ⅰ）的平衡常数K=1，向某恒容且体积为15ml的密闭容器中加入1mol I₂ （g）和足量TaS₂（s），I₂ （g）的平衡转化率为66.7%．
如图1所示，反应（Ⅰ）在石英真空管中进行，先在温度为T₂的一端放入未提纯的TaS₂粉末和少量I₂ （g），一段时间后，在温度为T₁的一端得到了纯净TaS₂晶体，则温度T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反应体系中循环使用的物质是I₂．
（3）利用H₂S废气制取氢气的方法有多种．
①高温热分解法：
已知：H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）；△H₂；在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验．以H₂S起始浓度均为c mol•L^-1测定H₂S的转化率，结果如图2．图中a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率．△H₂＞0（填＞，=或＜）；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短．
②电化学法：
该法制氢过程的示意图如3．反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）在高温时，将金红石（TiO₂）、炭粉混合并通人Cl₂先制得TiCl₄和一种可燃性气体，是金红石（TiO₂）、炭粉混和通人Cl₂发生反应生成TiCl₄和一种可燃性气体为CO，利用盖斯定律，将热化学方程式进行运算得到所需热化学方程式；
（2）K=1，设 I₂的平衡转化率为x，则参加反应的为xmol，平衡时生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂为（1-x）mol，平衡常数计算式可知平衡浓度可以利用物质的量代替直接计算平衡常数，所以带入K值可以得出转化率x；
通过题意可知温度T₂端利于反应正向进行，为高温，温度T₁端利于反应向左进行，为低温，所以T₁＜T₂；
（3）①由图象随着温度升高，H₂S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，所以△H₄＞0；温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快；
②电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，反应生成铁离子和氢气，以此来解答．

解答 解：（1）①TiO₂ （s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（1）+O₂（g）；△H=-410.0kJ•mol^-1
②CO（g）═C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）；△H=+110.5kJ•mol^-1
依据盖斯定律内容用上述热化学方程式计算，①-②×2得到则上述反应的热化学方程式是：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-631kJ/mol，
故答案为：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-631kJ/mol；
（2）K=1，设 I₂的平衡转化率为x，则参加反应的I₂为xmol，
         TaS₂（s）+2I₂（g）═TaI₄（g）+S₂（g）△H₁＞0
起始量（mol）       1       0           0   
变化量（mol）       x       0.5x       0.5x 
平衡量（mol）     1-x      0.5x       0.5x
平衡时生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂为（1-x）mol，体积为15ml，结合平衡常数计算式可知，平衡浓度可以用物质的量代替来计算平衡常数，则根据K=$\frac{[Ta{I}_{4}][{S}_{2}]}{[{I}_{2}]^{2}}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）^{2}}$=1，
解之得：x=66.7%，
由所给方程式可知该反应为吸热反应，通过题意可知温度T₂端利于反应正向进行，为高温，温度T₁端利于反应向左进行，为低温，所以T₁＜T₂，其中I₂是可以循环使用的物质，
故答案为：66.7%；＜；I₂；
（3）①以H₂S起始浓度均为cmol•L^-1测定H₂S的转化率，由图象随着温度升高，H₂S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，所以△H₄＞0；温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，
故答案为：＞；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短；
②电解池中亚铁离子失去电子生成铁离子，氢离子得到电子生成氢气，电解总反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑，
故答案为：2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

点评 本题主要考查了盖斯定律及其以硫化氢为载体考查物质的性质、影响反应速率的因素、化学平衡、电化学等，题目综合性强，难度较大，注重了高考常考考点的考查，注意知识的迁移应用和信息的处理．