Question

【题目】二氧化钛是一种重要的化工原料，常用于染料、催化剂等领域。

(1)由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：

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

则反应C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=_____。

(2)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如上图所示，250～300 ℃时，温 度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_____。

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是_____，_____。

(3)TiO2直接电解法生产钛是一种较先进的方法，电解质为熔融的氧化钙，原理如上图 所示，二氧化钛电极连接电源_____(填“正极”或“负极”)，该极电极反应式

为_____。石墨极上石墨参与反应产生的气体是_____。

(4)将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧所得物质可作火箭和导弹表面 的耐高温材料薄层(Al2O3 和 TiC)，该反应中每生成 1 mol TiC 转移___mol 电子。

Answer 1

【答案】393.6 kJ·mol1 温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低 增大反应压强；增大CO2的浓度 负极 TiO2+4eTi+2O2 CO2(或CO) 4

【解析】

化学原理的综合考查。（1）根据盖斯定律完成问题1；根据化学反应速率及影响速率的因素完成问题2；根据电化学原理Y以及氧化还原反应原理完成问题3、4。

(1)将已知反应分别标为①、②、③，根据盖斯定律，反应C(s)+O2(g) CO2(g) 可以看成由①②③获得，所以该化学反应的焓变ΔH=72 kJ·mol1282.8 kJ·mol138.8 kJ·mol1=393.6 kJ·mol1。答案：393.6 kJ·mol1。

(2)①温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低，所以温度升高而乙酸的生成速率降低；②根据反应CH4+CO2CH3COOH可知增大反应压强、增大CO2的浓度，可使平衡正向移动，反应物CH4转化率增大。答案：温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低；增大反应压强；增大CO2的浓度。

(3)TiO2直接电解法生产钛，发生还原反应，二氧化钛为阴极，连接电源负极，由示意图可知二氧化钛获得电子生成Ti与氧离子，阴极电极反应式为：TiO2+4eTi+2O2；石墨为阳极，阳极发生氧化反应，氧离子在阳极获得电子生成氧气，会与石墨反应生成CO2或CO气体。答案：负极；TiO2+4eTi+2O2 ； CO2(或CO) 。

(4)反应方程式为4Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC，碳元素化合价从0价降低到－4价，则每生成1 mol TiC转移4 mol电子。 答案：4。