Question

（14分）某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），大大地提高了資源利用率，減少了環(huán)境污染。

請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）寫出鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式：                     。
（2）由CO和H₂合成甲醇是放熱的，方程式是：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)。
①已知該反應(yīng)在300℃時(shí)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.27，該溫度下將2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容積為2 L的密閉容器中，此時(shí)反應(yīng)將     （填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行”、“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行”或“處于平衡狀態(tài)”）。
②下圖表示合成甲醇反應(yīng)達(dá)到平衡后，每次只改變溫度、壓強(qiáng)、催化劑中的某一條件，反應(yīng)速率υ與時(shí)間t的關(guān)系。其中表示平衡混合物中的甲醇的含量最高的一段時(shí)間是       。圖中t₃時(shí)改變的條件可能是        。

（3）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL—定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式                                 。
②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如丙圖所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁后,石墨電極上的電極反應(yīng)式                ，原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為            mol/L。（假設(shè)溶液體積不變）

Answer 1

⑴ 2FeTiO₃＋6C＋7Cl₂＝2FeCl₃＋2TiCl₄＋6CO（2分）
⑵① 向逆反應(yīng)方向進(jìn)行（2分）
②t₂~t₃  （2分）升高溫度 （2分）
（3）①CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O（2分）
②4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O （2分）   0.1（2分）   

試題分析：⑴據(jù)流程圖，鈦鐵礦氯化過程中反應(yīng)物有FeTiO₃、C、Cl₂、，生成物有FeCl₃、TiCl₄、CO，然后根據(jù)氧化還原反應(yīng)的配平方法將其配平。
⑵①此時(shí)該反應(yīng)的濃度商Q_c＝＞0.27（K），說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
②結(jié)合反應(yīng)[CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)，正反應(yīng)放熱]，并據(jù)圖可確定“t₁～t₂”是加壓，“t₃～t₄”是加熱（升高溫度），“t₅～t₆”是加催化劑；在t₂~t₃時(shí)間段內(nèi)平衡混合物中的甲醇的含量最高。
⑶①裝置甲為甲醇燃料電池，通入甲醇一極為負(fù)極，先根據(jù)得失電子守恒有CH₃OH-6e^－――CO₃^2－，再根據(jù)電荷守恒有CH₃OH-6e^－+8OH^―――CO₃^2－，最后根據(jù)原子守恒得CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O。
②裝置乙為電解池，鐵電極為陰極，該極發(fā)生的電極反應(yīng)依次為Cu²⁺+2e^－=Cu，2H⁺+2e^－=H₂↑；石墨為陽(yáng)極，該極發(fā)生的電極反應(yīng)式依次為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑，4OH^－－4e^－=O₂↑+2H₂O；據(jù)此可確定在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O；根據(jù)在t₁前發(fā)生的電極反應(yīng)“2Cl^－－2e^－=Cl₂↑”可計(jì)算原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度：。