Question

由于催化劑可以為化學工業生產帶來巨大的經濟效益，催化劑研究和尋找一直是受到重視的高科技領域。

（1）V₂O₅是接觸法制硫酸的催化劑。下圖為硫酸生產過程中2SO₂ (g) + O₂(g)2SO₃(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1反應過程的能量變化示意圖。

①V₂O₅的使用會使圖中B點          （填“升高”、“降低”）。

②一定條件下，SO₂與空氣反應tmin后，SO₂和SO₃物質的量濃度分別為a mol/L和b mol/L，則SO₂起始物質的量濃度為      mol/L；生成SO₃的化學反應速率為         mol/(L·min)。

（2）下圖是一種以銅、稀硫酸為原料生產藍礬的生產流程示意圖。

①生成CuSO₄的總反應為2Cu+O₂+2H₂SO₄＝2 CuSO₄+2H₂O，少量起催化作用，使反應按以下兩步完成：

第一步：Cu＋2Fe^3＋＝2Fe^2＋＋Cu^2＋

第二步：                                    。（用離子方程式表示）

②調節溶液pH為3～4的目的是                                 ，調節時加入的試劑可以為         。（選填序號）

a．NaOH溶液     b．CuO粉末     c．Cu₂(OH)₂CO₃       d．氨水

（3）納米TiO₂是優良的光敏催化劑。工業上用鈦鐵礦制得粗TiO₂；再轉化為TiCl₄(l)；由TiCl₄(l)制取納米TiO₂的方法之一是將TiCl₄氣體導入氫氧火焰中（700～1000℃）進行水解。

已知：TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＝TiCl₄(l)＋O₂(g)   ΔH＝＋140 kJ·mol^－1

2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g)  ΔH＝－221 kJ·mol^－1

①寫出TiO₂和焦炭、氯氣反應生成TiCl₄和CO的熱化學方程式：                             。

②寫出上述TiCl₄(l)制取納米TiO₂的化學方程式：                                          。

 

Answer 1

【答案】

（1）①降低(1分) ②a+b(1分)   (1分)  （2） ①4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋＝4Fe^3＋＋2H₂O (2分)

②將Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀除去(1分)   b,c(2分)

（3）①TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)＝TiCl₄(l)＋2CO(g) ΔH＝－81 kJ·mol^－1(2分)

②TiCl₄+2H₂OTiO₂+4HCl(2分)

【解析】

試題分析：（1）①催化劑能降低反應的活化能，所以V₂O₅的使用會使圖中B點降低。

②一定條件下，SO₂與空氣反應tmin后，SO₂和SO₃物質的量濃度分別為a mol/L和b mol/L，則根據S原子守恒可知，SO₂起始物質的量濃度為（a＋b）mol/L；反應速率通常用單位時間內濃度的變化量來表示，所以生成SO₃的化學反應速率為mol/(L·min)。

（2）①由于催化劑在反應前后不變，因此根據總反應式和第一步反應式可知，總反應式減去第一步反應式即得到第二步反應式，即第二步反應式為4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋＝4Fe^3＋＋2H₂O

②由于溶液中含有鐵離子，會干擾硫酸銅的制備，因此需要將鐵離子除去。所以調節溶液pH的目的就是將Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀除去。又因為在除去鐵離子的同時，不能在引入新的雜質，因此不能 選擇氫氧化鈉和氨水，應該選擇氧化銅或堿式碳酸銅，即答案選bc。

（3）①已知反應①TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＝TiCl₄(l)＋O₂(g)   ΔH＝＋140 kJ·mol^－1、②2C(s)＋O₂(g)＝2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol^－1，則根據蓋斯定律可知①＋②即得到反應TiO₂(s)＋2Cl₂(g)＋2C(s)＝TiCl₄(l)＋2CO(g)，所以該反應的反應熱ΔH＝140 kJ·mol^－1－221 kJ·mol^－1＝－81 kJ·mol^－1。

②根據TiCl₄(l)制取納米TiO₂的方法之一是將TiCl₄氣體導入氫氧火焰中（700～1000℃）進行水解可知，TiCl₄(l)制取納米TiO₂的化學方程式為TiCl₄+2H₂OTiO₂+4HCl。

考點：考查催化劑對活化能的影響、反應速率計算；物質的分離與提純；反應熱的計算以及物質制備等