题目内容
【题目】氢气是一种清洁能源，它的制取与应用一直是人类研究的热点。
(1)用甲醇和水蒸气在催化剂、加热条件下制氢的相关热化学方程式如下：
CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)；ΔH=+90.7 kJ/mol
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)；ΔH=-41.2 kJ/mol
①反应CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g)能自发进行的原因是________。
②将一定比例的CH3OH(g)和H2O(g)的混合气体，以相同速率通过装有不同催化剂的反应器。CH3OH转化率随催化剂的使用时长变化如图1所示，催化剂CuAl2O4与催化剂Cu/Zn/Al相比，优点有____________________。
③向Cu(NO3)2、Al(NO3)3混合溶液中滴加NaOH溶液可获得沉淀物[Cu(OH)2、Al(OH)3]，以便于制取CuAl2O4。为确保Cu2+、Al3+完全沉淀（浓度≤10-5 mol/L），应控制混合液pH的最小整数值为________{Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33}。
(2)用Au/ZrO2作催化剂，在(CH3CH2)3N作用下HCOOH分解制氢的原理如图2所示。反应2中生成物M的化学式为__________________，图示反应中只有氢元素化合价发生变化的是反应________（填“1”“2”或“3”）。
(3)如图是电解氨水和KOH混合溶液制氢的装置示意图。生成N2的电极反应式为______________。
(4)富氧条件下，H2还原NOx包括两个阶段：第一阶段为H2、NOx在催化剂作用下转变为H2O、N2、NH3；第二阶段NH3在载体酸的作用下生成NH4+，NH4+将NOx还原为N2。写出NO与O2的物质的量之比为1∶1时，NH4+与NO、O2反应生成N2的离子反应方程式：__________________________。
【答案】通过计算可知该反应ΔH=+49.5 kJ/mol，则该反应能够自发进行的原因是ΔS>0 CuAl2O4催化剂活性更高，且使用较长时间后，还能保持较高的活性 7 CO2 3 2NH3·H2O+6OH--6e-=N2↑+8H2O 4NH4++2NO+2O2=3N2+6H2O+4H+
【解析】
(1)①根据已知热化学方程式，结合盖斯定律得到该反应的反应热，然后利用反应自发进行的判断依据分析；
②根据催化剂的催化活性高低及保持高效性的时间长短分析；
③根据沉淀的溶度积常数计算分别形成沉淀时溶液的pH，再确定形成两种沉淀的最小pH；
(2)根据反应前后元素守恒及微粒带有的电荷数目，确定M化学式；利用图示中反应前后物质微粒在元素化合价分析判断只有H元素化合价发生变化的反应；
(3)在该电解装置中，H+在阴极得到电子，产生H2，NH3·H2O中-3价的N失去电子，发生氧化反应产生N2；
(4)NH4+将NOx还原为N2，由于NO与O2的物质的量之比为1∶1，结合电子守恒、原子守恒和电荷守恒书写反应方程式。
(1)①(i)CH3OH(g)=CO(g)+2H2(g)；ΔH=+90.7 kJ/mol
(ii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)；ΔH=-41.2 kJ/mol
根据盖斯定律，将(i)+(ii)，整理可得CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g) ，ΔH=+49.5 kJ/mol>0，该反应的正反应是气体体积增大的反应，根据反应自发进行的判断依据ΔG=ΔH-TΔS<0，若反应能够自发进行，由于ΔH>0，则该反应能够自发进行的原因是ΔS>0；
②根据图示可知：在相同温度下催化剂CuAl2O4比催化剂Cu/Zn/Al的催化活性高，且使用较长时间后，还能保持较高的活性，因此催化剂CuAl2O4比催化剂Cu/Zn/Al更好；
③由于Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，则Cu2+形成沉淀需要c(OH-)=
=4.7×10-8 mol/L；由于Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，则Al3+形成沉淀需要c(OH-)=
=5.1×10-10 mol/L。显然Al3+完全形成沉淀需要溶液的c(OH-)较小。向Cu(NO3)2、Al(NO3)3混合溶液中滴加NaOH溶液可获得沉淀物[Cu(OH)2、Al(OH)3]，以便于制取CuAl2O4。为确保Cu2+、Al3＋完全沉淀，应该根据Cu2+形成沉淀需要的pH进行判断，c(H+)=
mol/L=2.13×10-7 mol/L，pH≈7，故应控制混合液pH的最小整数值为7。
(2)在反应2中，反应物是HCOO-，生成物是H-和M，根据电荷守恒及元素守恒，可知M的化学式为CO2；在反应1中元素化合价发生变化的元素有C、N元素；在反应2中元素化合价发生变化的元素有H、C元素；在反应3中H+、H-结合形成H2，只有H元素化合价发生变化，因此图示反应中只有氢元素化合价发生变化的是反应3；
(3)电解氨水和KOH混合溶液，在阴极上溶液中水电离产生的H+得到电子，被还原产生H2，电极反应式为：2H++2e-=H2↑，在阳极上一水合氨得到电子生成N2，则生成N2的电极反应式为2NH3·H2O+6OH--6e-=N2↑+8H2O；
(4)NH4+将NOx还原为N2，当NO与O2的物质的量之比为1∶1时，结合电子守恒、电荷守恒和原子守恒，可得该反应的方程式为：4NH4++2NO+2O2=3N2+6H2O+4H+。
【题目】钛(Ti)被称为“未来金属”，广泛应用于国防、航空航天、生物材料等领域。钛的氯化物有如下转变关系：2TiCl3
TiCl4↑+TiCl2回答下列问题。
(1)某同学所画基态 Cl-的外围电子排布图为
，这违反了____________
(2)从结构角度解释 TiCl3中Ti(III)还原性较强的原因____________。
(3)钛的氯化物的部分物理性质如下表：
氯化物 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 溶解性 |
TiCl4 | -24 | 136 | 可溶于非极性的甲苯和氯代烃 |
TiCl2 | 1035 | 1500 | 不溶于氯仿、乙醚 |
①TiCl4与TiCl2的晶体类型分别是____________。
②TiCl4与SO42-互为等电子体，因为它们____________相同；SO42-中心原子以3s轨道和3p轨道杂化。
(4)Ti的配合物有多种。Ti(CO)6、Ti(H2O)63+、TiF62-的配体所含原子中电负性最小的是__________；Ti(NO3)4的球棍结构如图，Ti的配位数是_____________
(5)钙钛矿(CaTiO3)是自然界中的一种常见矿物，其晶胞结构如图：
①设N为阿伏加德罗常数的值，计算一个晶胞的质量为______________g.
②假设O2-采用面心立方最密堆积，Ti4+与O2-相切，则
=_________。
【题目】下列离子组加入相应试剂后，发生反应的离子方程式正确的是( ）
离子组 | 加入试剂 | 离子方程式 | |
A | Na＋、 | Ba(OH）2溶液 | 2Na＋＋ |
B | H＋、Cl－ | 足量石灰乳 | 2H＋＋2OH－=2H2O |
C | K＋、 | NaHSO4溶液 |
|
D | Ag＋、 | 少量盐酸 | Ag＋＋ |
A.AB.BC.CD.D
