金属钛(Ti)被称为21世纪金属,在航海、航空、记忆和涂料方面应用广泛,TiO2是一种优良的光催化剂。20世纪...
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金属钛(Ti)被称为21世纪金属,在航海、航空、记忆和涂料方面应用广泛,TiO2
是一种优良的光催化剂。20世纪科学家尝试用多种方法将金红石(TiO2)还原,发现金红
石直接*化是冶炼钛的关键
步骤:
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) ΔH=+1493kJ•mol-1,ΔS=+61J•K-1•mol-1
该反应发生温度高达2170℃,能耗大,对设备和生产要求几乎达到苛刻程度。目前科学家采用金红石加碳*化方法,在较温和条件下成功制取TiCl4,为人类快速迈进钛合金时代做出了巨大贡献。金红石加碳*化的主要反应如下:
反应Ⅰ:TiO2(s)+2Cl2(g) +C(s)TiCl4(g)+CO2(g) ΔH1,ΔS1=+64J•K-1•mol-1
反应Ⅱ:TiO2(s)+2Cl2(g) +2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2,△S2
已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394.3kJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-222.3kJ•mol-1
请回答:
(1)反应Ⅰ的ΔH1= kJ•mol-1。
(2)对于气体参加的反应,表示平衡常数KP时,用气体组分B的平衡压强P(B)代替该气
体物质的量浓度c(B),则反应Ⅰ的KP= (用表达式表示)。
(3)在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂TiO2表面与H2O发生反应,
2N2(g)+6H2O(1)=4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1530.4kJ•mol-1
进一步研究相同条件下NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表:
实验组别 | 1 | 2 | 3 | 4 |
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
O2生成量/(10-6mol) | 3.6 | 4.4 | 4.5 | 1.5 |
反应时间/h | 3 | 3 | 3 | 3 |
容器体积/L | 2 | 2 | 2 | 2 |
①请在下图中画出上述反应在“有催化剂”与“无催化剂”两种情况下反应过程中体系能量随反应过程的变化趋势示意图(图中标明必要的文字说明)。
②根据表中数据,在303K时,在3h内用氮气表示其平均反应速率为 mol•L-1•h-1。判断组别4中反应是否达到平衡状态 (填“是”或“否”),并说明理由 。
【回答】
(1)+1098.7 (2)p(CO2)p(TiCl4)/p2(Cl2)
(3)①
②4×10-7;否;反应正反应为吸热反应,升高温度平衡正移,则n(NH3)应大于6.0×10-6mol
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题
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