Question

18．（1）由金紅石（TiO₂）制取單質(zhì)Ti涉及的步驟為：TiO₂→TiCl₄$\stackrel{鎂/800℃/Ar}{→}$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
則TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=-80KJ/mol．
（2）在一定溫度下，5L密閉容器中進(jìn)行
TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）反應(yīng)，若容器中加入足量的TiO₂和C后，充入0.2mol的Cl₂，經(jīng)過(guò)5s達(dá)到平衡時(shí)Cl₂轉(zhuǎn)化率為80%．
①計(jì)算v（CO）=6.4×10^-3mol/（L•s），此溫度下的平衡常數(shù)K=16．
②用Cl₂的物質(zhì)的量濃度的改變來(lái)表示反應(yīng)速率v_正、v_逆與時(shí)間的關(guān)系圖，則圖1中陰影部分的面積為0.032mol/L．
③以下各項(xiàng)不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BE
A．氣體的密度不隨時(shí)間改變     
B．容器中的壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化
C．CO的濃度不隨時(shí)間變化      
D．TiCl₄物質(zhì)的量不隨時(shí)間變化
E．TiCl₄與CO物質(zhì)的量之比不隨時(shí)間變化
④若繼續(xù)充入0.2molCl₂，重新達(dá)到平衡后Cl₂的濃度為0.032mol/Lmol/L．
（3）反應(yīng)③經(jīng)過(guò)10min達(dá)到平衡，得到物質(zhì)的量濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖2．若將容器的容積壓縮為原來(lái)的一半，再經(jīng)過(guò)5min后重新達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)為0.5，若升高溫度該反應(yīng)的平衡常數(shù)將增大（填：增大、減小或不變）．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律分析，根據(jù)待求的熱化學(xué)方程式調(diào)整已知的熱化學(xué)方程式，讓已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行加和得到待求的熱化學(xué)方程式，焓變也進(jìn)行相應(yīng)的加和；
（2）①基本模式--“三段式”，已知Cl₂的初始濃度且已知轉(zhuǎn)化率，得Cl₂的變化濃度，根據(jù)濃度變化之比等于化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比，求出CO的變化濃度，可求出其速率．
已知初始濃度、變化濃度就可以求出平衡濃度，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式即可（注意固體和純液體不列入平衡常數(shù)表達(dá)式）；
②陰影部分的面積為到達(dá)平衡時(shí)CO物質(zhì)的量濃度的增加量為0.032mol/L；
③直接判斷標(biāo)志：等：ν_正=ν_逆，定：各組分的量均不再發(fā)生改變；
間接判斷標(biāo)志：密度、壓強(qiáng)、平均摩爾質(zhì)量----“變”量“不變”表征平衡；
④結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算；
（3）化學(xué)平衡常數(shù)的外界因素只與溫度有關(guān)，故改變壓強(qiáng)化學(xué)平衡常數(shù)不變；
 若改變溫度，根據(jù)同吸異放的規(guī)律，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大．

解答 解：（1）利用蓋斯定律分析，根據(jù)待求的熱化學(xué)方程式調(diào)整已知的熱化學(xué)方程式，讓已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行加和得到待求的熱化學(xué)方程式，焓變也進(jìn)行相應(yīng)的加和，③+①×2-②，則△H=141+（-393.5）×2-（-566）=-80KJ/mol，
故答案為：-80KJ/mol；
（2）①TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）  
起始：0.04mol/L                          0mol/L
轉(zhuǎn)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，
故答案為：6.4×10^-3；16；
②圖中aodb和bod圍成的面積大小在數(shù)值上分別等于正反應(yīng)CO濃度的增加量和逆反應(yīng)CO濃度的減少量，由此可見
陰影部分的面積為到達(dá)平衡時(shí)CO物質(zhì)的量濃度的凈增加量為0.032mol/L，
故答案為：0.032mol/L；
③A．據(jù)ρ=$\frac{m}{v}$，該反應(yīng)反應(yīng)前后不全部為氣體，氣體的總質(zhì)量為變值，容器的體積V為定值，則ρ為變值，當(dāng)變值不變了可以表征平衡了，A不選；
B．容器的壓強(qiáng)與氣體總的物質(zhì)的量成正比，該反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，容器的壓強(qiáng)始終為定值，不能表征平衡，B選；
C．CO的濃度不變，說(shuō)明體系中各組分的量均不再發(fā)生改變，說(shuō)明達(dá)到平衡，C不選；
D．TiCl₄雖然為固體，在一定的溫度下，其物質(zhì)的量濃度為定值，但是其物質(zhì)的量是變，TiCl₄物質(zhì)的量不隨時(shí)間變化，說(shuō)明達(dá)到平衡，D不選；
E．若TiCl₄與CO初始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比，不管平衡不平衡，TiCl₄與CO物質(zhì)的量之比始終不隨時(shí)間變化，不能說(shuō)明平衡，E選．
故答案為：BE；
④TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）?TiCl₄（s）+2CO（g）  
起始：（0.04+0.008）mol/L            0.032mol/L
轉(zhuǎn)化：x                           x
平衡：（0.048-x）mol/L             （ 0.032+x）mol/L
溫度不變的前提下，平衡常數(shù)K值不變，K=16=$\frac{（0.032+x）2}{（0.048-x）2}$，得x=0.016mol/L
重新達(dá)到平衡后Cl₂的濃度為0.048-0.016=0.032mol/L，
故答案為：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，
若改變溫度，根據(jù)同吸異放的規(guī)律，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大；
故答案為：0.5； 增大．

點(diǎn)評(píng) 該題目考查蓋斯定律焓變的計(jì)算；考查化學(xué)平衡計(jì)算--“三段式”及相關(guān)的轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算；考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志（特別是D選項(xiàng)易錯(cuò)點(diǎn)）；考查化學(xué)平衡常數(shù)外界因素只與溫度有關(guān)．該題目考察面廣，熱點(diǎn)、考點(diǎn)集中全面．