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化学反应原理大题讲解:1(15分)TiO2在工业生产和日常生活中有重要用途。I、工业上用钛矿石(FeTiO3,含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过下述反应制得:其中,步骤发生的反应为:2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。(1)净化钛矿石时,是否需要除去杂质FeO?答:_(填“需要”或“不需要”)(2)净化钛矿石时,需用浓氢氧化钠溶液来处理,写出该过程中发生反应的化学方程式。答: 。II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛:方法一是电解TiO2来获得Ti(同时产生O2):将处理过的TiO2作阴极,石墨为阳极,熔融CaCl2为电解液,用碳块作电解槽池。(3)阴极反应的电极反应式为_。(4)电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是_。方法二是先将TiO2与Cl2、C反应得到TiCl4,再用镁还原得到Ti。因下述反应难于发生:TiO2 (s) +2Cl2 (g) TiCl4(l) + O2 (g) H = +151 kJmol-1所以不能直接由 TiO2 和 Cl2 反应(即氯化反应)来制取TiCl4。当往氯化反应体系中加入碳后,碳与上述反应发生耦合,使得反应在高温条件下能顺利进行。(5)已知:C(s) + O2 (g) = CO2 (g) H = - 394 kJmol-1。请填空:TiO2 (s) + C (s) +2Cl2 (g) = TiCl4 (l) + CO2 (g) H = _(6)从化学平衡的角度解释:往氯化反应体系中加入碳时,氯化反应能顺利进行的原因。答:_。2使用石油热裂解的副产物CH4来制取CO和H2,其生产流程如下图:(1)此流程的第I步反应为:CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g),一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则P1_P2。(填“”或“”) 100时,将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中,达到平衡时CH4的转化率为0.5。此时该反应的平衡常数K_。(2)此流程的第II步反应的平衡常数随温度的变化如下表:温度/400500830平衡常数K1091从上表可以推断:该反应是 反应(填“吸热”或“放热”),若在500时进行,设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L,在该条件下,反应达到平衡时,CO的转化率为 。下图表示该反应在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况:图中t2时刻发生改变的条件是 (写出一种)。(3)工业上常利用反应产生的CO和H2合成可再生能源甲醇。已知CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为283.0 kJmol-1和726.5 kJmol-1,则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。合成甲醇的方程式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H 0。在230C270最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比n(H2):n(CO),分别在230、250和270进行实验,结果如右图所示。其中270的实验结果所对应的曲线是_(填字母);当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时,对应的反应温度与投较比的关系是 。当投料比为11,温度为230,平衡混合气体中,CH3OH的物质的量分数为 (保留1位小数)。3(11分)I在体积恒定的密闭容器中,充入2mol CO2和5mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H = -49.0 kJ/mol。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示:(1)从反应开始到第10min,H2的转化率为 ,在该条件下,反应的平衡常数K= ,如果在某一时刻保持温度不变,只改变浓度,使c(CO2)=1.00mol/L,c(H2)=0.40mol/L,c(CH3OH)=c(H2O)=0.80mol/L,则平衡 (选填序号)。a向正反应方向移动 b向逆反应方向移动c不移动 d无法确定平衡移动方向(2)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是 (选填序号)。a升高温度 b充入He(g),使体系压强增大c将H2O(g)从体系中分离 d再充入l mol CH3OH(g) II熔融碳酸盐燃料电池(MCFS),发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池,以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质,操作温度为650,在此温度下以镍为催化剂,以煤气(CO、H2的体积比为1:1)直接作燃料,其工作原理如图所示。用电器A级B级CO+H2H2O+CO22CO2O24e-H2O+3CO24e-6502CO32-请回答下列问题:(1)A电极的电极反应方程式为 。(2)常温下,用石墨作电极,以此电源电解一定量的CuSO4溶液。当两极产生的气体体积相同时停止通电,若电解后溶液的体积为2L,溶液的pH=1(不考虑水解产生的H+),则阳极产生的气体的物质的量是 。4. (15分)SO2随意排放会造成严重的大气污染。下列是某小组同学设计处理烟气(主要含SO2、N2、O2、粉尘)中SO2的方法。(1)方法一:利用氯碱工业产品处理含SO2的烟气,流程如下: 烟气 SO2回收氯碱工业NaHSO3HCl吸收装置回收装置合成塔 “吸收装置”中发生反应的离子方程式是 ;合成塔中每合成1 mol 气体放出热量92.3 kJ(25 、101 kPa),反应的热化学方程式是 ;上述流程中循环利用的物质是 。(2)方法二:利用FeCl3溶液的氧化性吸收烟气中的SO2。 该反应的离子方程式是 (反应a)。为验证该反应,同学们将SO2通入0.05 molL-1 FeCl3溶液中,溶液很快由黄色变为红褐色;将溶液长时间放置后,最终变为浅绿色。关于红褐色液体,以下是同学们的分析推测与实验。分析推测实验步骤甲:生成了Fe(OH)3胶体乙:经查阅资料,可能发生反应:Fe3+6SO2 Fe(SO2)(反应b).制备Fe(OH)3胶体并检验.分别向Fe(OH)3胶体和该红褐色液体中加入适量铁粉,振荡后前者不变色,后者变为浅绿色 利用胶体的 (填性质)可以检验步骤中是否得到了Fe(OH)3胶体; 根据反应b,说明步骤中液体颜色变化的原因是 (用离子方程式及必要的文字说明); 经讨论后得出结论:FeCl3溶液和SO2反应过程中,反应a、b在体系中共存。请从化学反应速率和反应限度的角度分析,SO2通入FeCl3溶液中产生上述现象的原因是 。5.(14分)重铬酸钠俗称红矾钠(Na2Cr2O72H2O)是重要的化工产品和强氧化剂。工业制备的流程如下:请回答: (1)已知Fe(CrO2)2中铬元素是+3价,则Fe(CrO2)2中铁元素是 价。(2)化学上可将某些盐写成氧化物的形式,如Na2SiO3可写成Na2OSiO2,则Fe(CrO2)2 可写成 。(3)煅烧铬铁矿时,矿石中难溶的Fe(CrO2)2生成可溶于水的Na2CrO4,反应化学方程式如下: 4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 = 2Fe2O3+8Na2CO4+8CO2为了加快该反应的反应速率,可采取的措施是 。(4)已知CrO42-在不同的酸性溶液中有不同的反应,如: 2CrO42- + 2H+ = Cr2O72- + H2O ; 3CrO42- + 4H+ = Cr3O102- + 2H2O 往混合溶液甲中加入硫酸必须适量的原因是 。 混合溶液乙中溶质的化学式是 。(5)+3、+6价铬都有很强的毒性,+6价铬的毒性更高,可诱发肺癌和鼻咽癌, 所以制取红矾钠后的废水中含有的Cr2O72必须除去。 工业上可用电解法来处理含Cr2O72的废水,下图为电解装置示意图(电极材料分别为铁和石墨)。通电后,Cr2O72在b极附近转变为Cr3+,一段时间后Cr3+最终可在a极附近变成Cr(OH)3沉淀而被除去。 a电极的电极反应式是 ,b电极附近反应的离子方程式是 。6.(13分)工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取铜的操作流程如下:电解调pH= xCuNaClO 沉淀B调pH= yNaOH 沉淀C稀硫酸过滤反应 矿渣固体混合物A已知: Cu2O + 2H+ = Cu + Cu2+ + H2O沉淀物Cu(OH)2Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2开始沉淀pH5.44.01.15.8沉淀完全pH6.75.23.28.8 (1)固体混合物A中的成分是 。 (2)反应完成后,铁元素的存在形式为 。(填离子符号) 请写出生成该离子的离子方程式 。 (3)x、y对应的数值范围分别是 、 。 (4)电解法获取Cu时,阴极反应式为 ,阳极反应式为 。 (5)下列关于NaClO调pH的说法正确的是 。 a. 加入NaClO可使溶液的pH降低 b. NaClO能调节pH的主要原因是由于发生反应ClO+ H+HClO
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