Question

【題目】二氧化鈦是一種重要的化工原料，常用于染料、催化劑等領域。

(1)由二氧化鈦制取四氯化鈦所涉及的反應有：

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，溫 度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_____。

②為了提高該反應中CH4的轉化率，可以采取的措施是_____，_____。

(3)TiO2直接電解法生產鈦是一種較先進的方法，電解質為熔融的氧化鈣，原理如上圖 所示，二氧化鈦電極連接電源_____(填“正極”或“負極”)，該極電極反應式

為_____。石墨極上石墨參與反應產生的氣體是_____。

(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可作火箭和導彈表面 的耐高溫材料薄層(Al2O3 和 TiC)，該反應中每生成 1 mol TiC 轉移___mol 電子。

Answer 1

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

【解析】

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

(1)將已知反應分別標為①、②、③，根據蓋斯定律，反應C(s)+O2(g) CO2(g) 可以看成由①②③獲得，所以該化學反應的焓變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250 ℃時，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根據反應CH4+CO2CH3COOH可知增大反應壓強、增大CO2的濃度，可使平衡正向移動，反應物CH4轉化率增大。答案：溫度超過250 ℃時，催化劑的催化效率降低；增大反應壓強；增大CO2的濃度。

(3)TiO2直接電解法生產鈦，發生還原反應，二氧化鈦為陰極，連接電源負極，由示意圖可知二氧化鈦獲得電子生成Ti與氧離子，陰極電極反應式為：TiO2+4eTi+2O2；石墨為陽極，陽極發生氧化反應，氧離子在陽極獲得電子生成氧氣，會與石墨反應生成CO2或CO氣體。答案：負極；TiO2+4eTi+2O2 ； CO2(或CO) 。

(4)反應方程式為4Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC，碳元素化合價從0價降低到－4價，則每生成1 mol TiC轉移4 mol電子。 答案：4。