Question

10．節(jié)能減排是中國轉(zhuǎn)型發(fā)展的必經(jīng)之路，工業(yè)生產(chǎn)中聯(lián)合生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施．下圖是幾種工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)合生產(chǎn)工藝：

請回答下列問題：
（1）裝置甲為電解池（惰性電極），根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：A為Cl₂（填化學(xué)式），陰極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）裝置丙的反應(yīng)物為Ti，而裝置戊的生成物為Ti，這兩個(gè)裝置在該聯(lián)合生產(chǎn)中并不矛盾，原因是進(jìn)入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多，從裝置戊中出來的Ti較為純凈
裝置戊進(jìn)行反應(yīng)時(shí)需要的環(huán)境為C（填字母序號(hào)）．
A．HCl氣體氛圍中  B．空氣氛圍中    C．氬氣氛圍中  D．水中
（3）裝置乙中發(fā)生的是工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H＜0．
①該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）如下表：

溫度/℃	250	350
K	2.041	x

符合表中的平衡常數(shù)x的數(shù)值是B（填字母序號(hào)）．
A．0  B．0.012  C．32.081  D．100
②若裝置乙為容積固定的密閉容器，不同時(shí)間段各物質(zhì)的濃度如下表：

	c（CO）/mol•L-1	c（H2）/mol•L-1	c（CH3OH）/mol•L-1
0min	0.8mol•L-1	1.6mol•L-1	0
2min	0.6mol•L-1	y	0.2mol•L-1
4min	0.3mol•L-1	0.6mol•L-1	0.5mol•L-1
6min	0.3mol•L-1	0.6mol•L-1	0.5mol•L-1

反應(yīng)從2min到4min之間，H₂的平均反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1•min^-1．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為62.5%．反應(yīng)在第2min時(shí)改變了反應(yīng)條件，改變的條件可能是A（填字母序號(hào)）．
A使用催化劑  B降低溫度C增加H₂的濃度
（4）裝置己可以看作燃料電池，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）裝置甲為電解池，用惰性電極電解飽和氯化鈉溶液，A和金屬鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，故A為氯氣；電解飽和氯化鈉溶液陰極上是溶液中氫離子得到電子生成氫氣；（2）反應(yīng)前有金屬鈦，戊裝置生成鈦，一開始是含有較多雜質(zhì)的鈦和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦后再用金屬鈉還原，制得較為純凈的鈦，目的是提純鈦；金屬鈉能與空氣、水、氯化氫反應(yīng)，故裝置戊反應(yīng)的環(huán)境為在惰性氣體的氛圍中進(jìn)行．
（3）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度升高，K減小，250℃時(shí)平衡常數(shù)為2.041，則350℃時(shí)的平衡常數(shù)小于2.041；
②反應(yīng)從2min到4min之間，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，氫氣的反應(yīng)速率為CO反應(yīng)速率的2倍，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反應(yīng)第2min改變了反應(yīng)條件，反應(yīng)速率比0-2min增大，改變的條件是加入了催化劑；
（4）裝置己是甲醇燃料電池，在堿性條件下，負(fù)極的電極反應(yīng)為燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性溶液中甲醇失電子反應(yīng)生成碳酸鹽．

解答 解：（1）裝置甲為電解池，用惰性電極電解飽和氯化鈉溶液，A和金屬鈦反應(yīng)生成四氯化鈦，故A為氯氣；電解飽和氯化鈉溶液陰極上是溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂ ↑；
故答案為：Cl₂；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）反應(yīng)前有金屬鈦，戊裝置生成鈦，前后并不矛盾，一開始是含有較多雜質(zhì)的鈦和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦后再用金屬鈉還原，制得較為純凈的鈦，故從戊裝置中出來的金屬鈦較純凈．金屬鈉能與空氣、水、氯化氫反應(yīng)，故裝置戊反應(yīng)的環(huán)境為在惰性氣體的氛圍中進(jìn)行，選項(xiàng)中只有氬氣氛圍中符合，故選C；
故答案為：進(jìn)入裝置丙的Ti含有的雜質(zhì)較多，從裝置戊中出來的Ti較為純凈；C；
（3）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度升高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K減小，250℃時(shí)平衡常數(shù)為2.041，則350℃時(shí)的平衡常數(shù)小于2.041，故答案為：B；
②反應(yīng)從2min到4min之間，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，氫氣的反應(yīng)速率為CO反應(yīng)速率的2倍，V（H₂）=2V（CO）=2×$\frac{0.6mol/L-0.3mol/L}{4min-2min}$=0.3mol•L^-1•min^-1；反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.8mol/L-0.3mol/L}{0.8mol/L}$×100%=62.5%，反應(yīng)第2min時(shí)未達(dá)到平衡狀態(tài)，改變了反應(yīng)條件，反應(yīng)速率比0-2min增大，說明改變的條件是加入了催化劑，選A；
故答案為：0.3mol•L^-1•min^-1；62.5%；A；
（4）裝置己是甲醇燃料電池，在堿性條件下，負(fù)極的電極反應(yīng)為燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性溶液中甲醇失電子反應(yīng)生成碳酸鹽負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制備物質(zhì)原理分析，電解池、原電池原理和電極反應(yīng)書寫方法，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，注意平衡計(jì)算的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．