Question

18．（1）由金红石（TiO₂）制取单质Ti涉及的步骤为：TiO₂→TiCl₄$\stackrel{镁/800℃/Ar}{→}$Ti．已知：
①C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1
③TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（s）+O₂（g）△H₃=+141kJ•mol^-1
则TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=-80KJ/mol．
（2）在一定温度下，5L密闭容器中进行
TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）反应，若容器中加入足量的TiO₂和C后，充入0.2mol的Cl₂，经过5s达到平衡时Cl₂转化率为80%．
①计算v（CO）=6.4×10^-3mol/（L•s），此温度下的平衡常数K=16．
②用Cl₂的物质的量浓度的改变来表示反应速率v_正、v_逆与时间的关系图，则图1中阴影部分的面积为0.032mol/L．
③以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是BE
A．气体的密度不随时间改变     
B．容器中的压强不随时间变化
C．CO的浓度不随时间变化      
D．TiCl₄物质的量不随时间变化
E．TiCl₄与CO物质的量之比不随时间变化
④若继续充入0.2molCl₂，重新达到平衡后Cl₂的浓度为0.032mol/Lmol/L．
（3）反应③经过10min达到平衡，得到物质的量浓度与时间的关系如图2．若将容器的容积压缩为原来的一半，再经过5min后重新达到平衡时的平衡常数为0.5，若升高温度该反应的平衡常数将增大（填：增大、减小或不变）．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律分析，根据待求的热化学方程式调整已知的热化学方程式，让已知的热化学方程式进行加和得到待求的热化学方程式，焓变也进行相应的加和；
（2）①基本模式--“三段式”，已知Cl₂的初始浓度且已知转化率，得Cl₂的变化浓度，根据浓度变化之比等于化学计量系数之比，求出CO的变化浓度，可求出其速率．
已知初始浓度、变化浓度就可以求出平衡浓度，带入平衡常数表达式即可（注意固体和纯液体不列入平衡常数表达式）；
②阴影部分的面积为到达平衡时CO物质的量浓度的增加量为0.032mol/L；
③直接判断标志：等：ν_正=ν_逆，定：各组分的量均不再发生改变；
间接判断标志：密度、压强、平均摩尔质量----“变”量“不变”表征平衡；
④结合平衡常数计算；
（3）化学平衡常数的外界因素只与温度有关，故改变压强化学平衡常数不变；
 若改变温度，根据同吸异放的规律，该反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大．

解答 解：（1）利用盖斯定律分析，根据待求的热化学方程式调整已知的热化学方程式，让已知的热化学方程式进行加和得到待求的热化学方程式，焓变也进行相应的加和，③+①×2-②，则△H=141+（-393.5）×2-（-566）=-80KJ/mol，
故答案为：-80KJ/mol；
（2）①TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）  
起始：0.04mol/L                          0mol/L
转化：0.04mol/L×80%=0.032mol/L          0.032mol/l
平衡：0.008mol/L                          0.032mol/L
v（CO）=$\frac{△C}{△T}$=$\frac{0.032mol/l}{5s}$=6.4×10^-3mol/（L•s），
K=$\frac{[CO]2}{[Cl2]2}$=$\frac{（0.032mol/L）2}{（0.008mol/L）2}$=16，
故答案为：6.4×10^-3；16；
②图中aodb和bod围成的面积大小在数值上分别等于正反应CO浓度的增加量和逆反应CO浓度的减少量，由此可见
阴影部分的面积为到达平衡时CO物质的量浓度的净增加量为0.032mol/L，
故答案为：0.032mol/L；
③A．据ρ=$\frac{m}{v}$，该反应反应前后不全部为气体，气体的总质量为变值，容器的体积V为定值，则ρ为变值，当变值不变了可以表征平衡了，A不选；
B．容器的压强与气体总的物质的量成正比，该反应前后气体的物质的量不变，容器的压强始终为定值，不能表征平衡，B选；
C．CO的浓度不变，说明体系中各组分的量均不再发生改变，说明达到平衡，C不选；
D．TiCl₄虽然为固体，在一定的温度下，其物质的量浓度为定值，但是其物质的量是变，TiCl₄物质的量不随时间变化，说明达到平衡，D不选；
E．若TiCl₄与CO初始物质的量之比等于化学计量系数之比，不管平衡不平衡，TiCl₄与CO物质的量之比始终不随时间变化，不能说明平衡，E选．
故答案为：BE；
④TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）  
起始：（0.04+0.008）mol/L            0.032mol/L
转化：x                           x
平衡：（0.048-x）mol/L             （ 0.032+x）mol/L
温度不变的前提下，平衡常数K值不变，K=16=$\frac{（0.032+x）2}{（0.048-x）2}$，得x=0.016mol/L
重新达到平衡后Cl₂的浓度为0.048-0.016=0.032mol/L，
故答案为：0.032mol/L；
（3）TiO₂（s）+2Cl₂（g）?TiCl₄（s）+O₂（g）
平衡：1.0mol/L          0.5mol/L
  k=$\frac{0.5}{1}$=0.5，
若改变温度，根据同吸异放的规律，该反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大；
故答案为：0.5； 增大．

点评 该题目考查盖斯定律焓变的计算；考查化学平衡计算--“三段式”及相关的转化率的计算、化学平衡常数的计算；考查化学平衡状态的判断标志（特别是D选项易错点）；考查化学平衡常数外界因素只与温度有关．该题目考察面广，热点、考点集中全面．