Question

【題目】二氧化鈦是一種重要的化工原料，常用于染料、催化劑等領(lǐng)域。

(1)由二氧化鈦制取四氯化鈦所涉及的反應(yīng)有：

TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH1=72 kJ·mol1

TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) ΔH2=+38.8 kJ·mol1

C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH3=+282.8 kJ·mol1

則反應(yīng)C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=_____。

(2)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如上圖所示，250～300 ℃時(shí)，溫 度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_____。

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____，_____。

(3)TiO2直接電解法生產(chǎn)鈦是一種較先進(jìn)的方法，電解質(zhì)為熔融的氧化鈣，原理如上圖 所示，二氧化鈦電極連接電源_____(填“正極”或“負(fù)極”)，該極電極反應(yīng)式

為_____。石墨極上石墨參與反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是_____。

(4)將石墨、鋁粉和二氧化鈦按一定比例混合在高溫下煅燒所得物質(zhì)可作火箭和導(dǎo)彈表面 的耐高溫材料薄層(Al2O3 和 TiC)，該反應(yīng)中每生成 1 mol TiC 轉(zhuǎn)移___mol 電子。

Answer 1

【答案】393.6 kJ·mol1 溫度超過(guò)250 ℃時(shí)，催化劑的催化效率降低 增大反應(yīng)壓強(qiáng)；增大CO2的濃度 負(fù)極 TiO2+4eTi+2O2 CO2(或CO) 4

【解析】

化學(xué)原理的綜合考查。（1）根據(jù)蓋斯定律完成問題1；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率及影響速率的因素完成問題2；根據(jù)電化學(xué)原理Y以及氧化還原反應(yīng)原理完成問題3、4。

(1)將已知反應(yīng)分別標(biāo)為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)C(s)+O2(g) CO2(g) 可以看成由①②③獲得，所以該化學(xué)反應(yīng)的焓變ΔH=72 kJ·mol1282.8 kJ·mol138.8 kJ·mol1=393.6 kJ·mol1。答案：393.6 kJ·mol1。

(2)①溫度超過(guò)250 ℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低；②根據(jù)反應(yīng)CH4+CO2CH3COOH可知增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO2的濃度，可使平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物CH4轉(zhuǎn)化率增大。答案：溫度超過(guò)250 ℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；增大反應(yīng)壓強(qiáng)；增大CO2的濃度。

(3)TiO2直接電解法生產(chǎn)鈦，發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化鈦為陰極，連接電源負(fù)極，由示意圖可知二氧化鈦獲得電子生成Ti與氧離子，陰極電極反應(yīng)式為：TiO2+4eTi+2O2；石墨為陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧離子在陽(yáng)極獲得電子生成氧氣，會(huì)與石墨反應(yīng)生成CO2或CO氣體。答案：負(fù)極；TiO2+4eTi+2O2 ； CO2(或CO) 。

(4)反應(yīng)方程式為4Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC，碳元素化合價(jià)從0價(jià)降低到－4價(jià)，則每生成1 mol TiC轉(zhuǎn)移4 mol電子。 答案：4。