Question

某小組根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)原理設(shè)計如下轉(zhuǎn)化關(guān)系，以獲取燒堿和金屬鈦（Ti）．

（1）燃料電池中通入氧氣的電極是    （填“正”或“負(fù)”）極，電極反應(yīng)式是    ；用該電池電解飽和食鹽水，若消耗32g甲醇，理論上Ⅰ中可生成NaOH    mol．
（2）如上圖所示，理論上加入Ⅱ中的TiO₂和焦炭的物質(zhì)的量之比是    ；由TiCl₄得到金屬Ti的化學(xué)方程式是    ．
（3）根據(jù)Ⅲ中合成甲醇的反應(yīng)，該小組保持溫度不變，在兩個相同的恒容密閉容器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)編號	T/℃	平衡時壓強(qiáng)P/MPa	起始用量/mol		平衡時CO的轉(zhuǎn)化率	放出熱量/kJ
			n（H2）	n（CO）
Ⅰ	250	2	20	10	90%	a
Ⅱ	250	P1	40	20	c	b

①P₁    4MPa（填“＞”、“＜”或“=”）；
②實(shí)驗(yàn)Ⅰ條件下合成甲醇的熱化學(xué)方程式是    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）燃料電池中燃料在負(fù)極得到電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)；依據(jù)電子守恒計算得到；
（2）依據(jù)轉(zhuǎn)化流程中反應(yīng)物和產(chǎn)物分析，利用已知守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（3）①合成甲醇反應(yīng)為2H₂+CO=CH₃OH，反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)減小，相同條件氣體壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)是可逆反應(yīng)實(shí)驗(yàn)Ⅱ相當(dāng)于兩個反應(yīng)Ⅰ平衡疊加，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行；
②分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)的一氧化碳物質(zhì)的量為9mol，放熱aKJ；1mol一氧化碳反應(yīng)放熱KJ，依據(jù)熱化學(xué)方程式標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變寫出．
解答：解：（1）燃料電池中燃料在負(fù)極得到電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；用該電池電解飽和食鹽水，若消耗32g甲醇物質(zhì)的量為1mol，依據(jù)甲醇電極反應(yīng)計算物質(zhì)轉(zhuǎn)移，電極反應(yīng)為CH₃OH+6OH^--6e^-=CO₂+5H₂O，1mol甲醇反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移6mol，根據(jù)電子守恒，電解飽和食鹽水反應(yīng)2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，電子轉(zhuǎn)移2mol，生成2molNaOH，所以理論上Ⅰ中可生成NaOH物質(zhì)的量6mol，
故答案為：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；6；
（2）理論上加入Ⅱ中的TiO₂和焦炭發(fā)生的反應(yīng)是生成鈦和一氧化氮，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：TiO₂+2C=Ti+2CO，TiO₂和焦炭的物質(zhì)的量之比為1：2；由TiCl₄得到金屬Ti的化學(xué)方程式是：4Na+TiCl₄ 4NaCl+Ti，
故答案為：1：2；4Na+TiCl₄ 4NaCl+Ti；
（3）①合成甲醇反應(yīng)為2H₂+CO=CH₃OH，反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)減小，依據(jù)起始量分析，實(shí)驗(yàn)Ⅱ可以看做兩個實(shí)驗(yàn)Ⅰ平衡疊加，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，平衡狀態(tài)壓強(qiáng)小于4MPa，
故答案為：＜；
②分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)的一氧化碳物質(zhì)的量為9mol，放熱aKJ；1mol一氧化碳反應(yīng)放熱KJ，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）?△H=kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）?△H=kJ?mol^-1．
點(diǎn)評：本題考查了原電池原理的分析判斷，電極反應(yīng)的書寫方法和電子守恒的計算應(yīng)用，依據(jù)流程圖分析書寫化學(xué)方程式，化學(xué)耦合的分析應(yīng)用，熱化學(xué)方程式的書寫方法，題目難度中等．