Question

（14分）某经济开发区将钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成了一个产业链（如图所示），大大地提高了资源利用率，减少了环境污染。

请填写下列空白：
（1）写出钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式：                     。
（2）由CO和H₂合成甲醇是放热的，方程式是：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)。
①已知该反应在300℃时的化学平衡常数为0.27，该温度下将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为2 L的密闭容器中，此时反应将     （填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）。
②下图表示合成甲醇反应达到平衡后，每次只改变温度、压强、催化剂中的某一条件，反应速率υ与时间t的关系。其中表示平衡混合物中的甲醇的含量最高的一段时间是       。图中t₃时改变的条件可能是        。

（3）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL—定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式                                 。
②理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后,石墨电极上的电极反应式                ，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为            mol/L。（假设溶液体积不变）

Answer 1

⑴ 2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂＝2FeCl₃＋2TiCl₄＋6CO（2分）
⑵① 向逆反应方向进行（2分）
②t₂~t₃  （2分）升高温度 （2分）
（3）①CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O（2分）
②4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O （2分）   0.1（2分）   

试题分析：⑴据流程图，钛铁矿氯化过程中反应物有FeTiO₃、C、Cl₂、，生成物有FeCl₃、TiCl₄、CO，然后根据氧化还原反应的配平方法将其配平。
⑵①此时该反应的浓度商Q_c＝＞0.27（K），说明反应向逆反应方向进行；
②结合反应[CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)，正反应放热]，并据图可确定“t₁～t₂”是加压，“t₃～t₄”是加热（升高温度），“t₅～t₆”是加催化剂；在t₂~t₃时间段内平衡混合物中的甲醇的含量最高。
⑶①装置甲为甲醇燃料电池，通入甲醇一极为负极，先根据得失电子守恒有CH₃OH-6e^－――CO₃^2－，再根据电荷守恒有CH₃OH-6e^－+8OH^―――CO₃^2－，最后根据原子守恒得CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O。
②装置乙为电解池，铁电极为阴极，该极发生的电极反应依次为Cu²⁺+2e^－=Cu，2H⁺+2e^－=H₂↑；石墨为阳极，该极发生的电极反应式依次为2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，4OH^－－4e^－=O₂↑+2H₂O；据此可确定在t₁后，石墨电极上的电极反应式为4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O；根据在t₁前发生的电极反应“2Cl^－－2e^－=Cl₂↑”可计算原混合溶液中NaCl的物质的量浓度：。