Question

20．TiCl₄是一種重要的化工原料，其工業(yè)生產(chǎn)過程如下：
2FeTiO₃（s）+7Cl₂（g）+6C （s）$\stackrel{900℃}{?}$2TiCl₄ （g）+2FeCl₃（g）+6CO（g）-Q （Q＞0）
（1）該反應(yīng)達(dá)到平衡后，若使正反應(yīng)速率增大可采取的方法有ac．（選填編號）
a．加壓           b．加入碳         c．升溫          d．及時(shí)移走CO
（2）若上述反應(yīng)在固定體積的密閉容器中發(fā)生，一定能說明反應(yīng)已達(dá)平衡的是bc．（選填編號）
a．反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物         
b．爐內(nèi)FeTiO₃與TiCl₄ 的質(zhì)量比保持不變
c．反應(yīng)的熱效應(yīng)不再改變           
d．單位時(shí)間內(nèi)，n（FeTiO₃）_消耗：n（FeCl₃）_生成=1：1
（3）上述反應(yīng)中所有非金屬元素原子的半徑從大到小的順序?yàn)镃l＞C＞O；其中不屬于同周期又不屬于相鄰族的兩元素形成非極性分子（填“極性”或“非極性”），通過比較最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性可以判斷這兩種元素的非金屬性．
（4）上述反應(yīng)中，非金屬性最弱的元素原子的電子共占據(jù)4個(gè)原子軌道，最外層電子排布式為2s²2p²．它形成的固態(tài)單質(zhì)中只含一種強(qiáng)烈的相互作用力，則該單質(zhì)屬于原子晶體．
（5）為方便獲得氯氣，工業(yè)制TiCl₄廠可以和氯堿廠進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)．CO可合成甲醇，若不考慮損失，上述聯(lián)合生產(chǎn)在充分利用各種副產(chǎn)品的前提下，合成192kg甲醇，至少需補(bǔ)充H₂5000mol．

Answer 1

分析 （1）增加對于有氣體參加的反應(yīng)增大壓強(qiáng)可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，升高溫度可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，而固體量的改變不改變反應(yīng)速率，及時(shí)移走CO生成物的濃度減小，反應(yīng)速率減慢；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）上述反應(yīng)中所有非金屬元素有Cl、C、O，電子層數(shù)越多半徑越大，電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越多半徑越大；
（4）上述反應(yīng)中，非金屬性最弱的元素原子是碳，電子共占據(jù)1s、2s、2p_x、2p_y四個(gè)軌道，固態(tài)單質(zhì)金剛石中只含一種強(qiáng)烈的相互作用力，是共價(jià)鍵，是原子晶體；
（5）根據(jù)甲醇的物質(zhì)的量計(jì)算需要CO、H₂的物質(zhì)的量，根據(jù)n（CO）計(jì)算電解中生成的n（Cl₂），進(jìn)而計(jì)算電解生成n（H₂），據(jù)此計(jì)算解答．

解答 解：（1）a．加壓，正逆反應(yīng)速率都加快，故正確；
b．加入碳，固體量的改變不改變反應(yīng)速率，故錯(cuò)誤；
c．升溫，正逆反應(yīng)速率都加快，故正確；
d．及時(shí)移走CO，生成物的濃度減小，正逆反應(yīng)速率都減慢，故錯(cuò)誤；故選：ac；
（2）a．反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物，化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，故錯(cuò)誤；         
b．爐內(nèi)FeTiO₃與TiCl₄ 的質(zhì)量比保持不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
c．反應(yīng)的熱效應(yīng)不再改變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
d．單位時(shí)間內(nèi)，n（FeTiO₃）_消耗：n（FeCl₃）_生成=1：1，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故錯(cuò)誤；故選：bc；
（3）上述反應(yīng)中所有非金屬元素有Cl、C、O，電子層數(shù)越多半徑越大，電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越多半徑越大，所以原子半徑的大小為：Cl＞C＞O；其中不屬于同周期又不屬于相鄰族的兩元素形成四氯化碳是非極性分子，可以通最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱，來判斷元素的非金屬性強(qiáng)弱，故答案為：Cl＞C＞O；非極性； 最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性；
（4）上述反應(yīng)中，非金屬性最弱的元素原子是碳，電子共占據(jù)1s、2s、2p_x、2p_y四個(gè)軌道，最外層電子排布式為 2s²2p²，固態(tài)單質(zhì)金剛石中只含一種強(qiáng)烈的相互作用力，是共價(jià)鍵，是原子晶體，故答案為：4； 2s²2p²；原子；
（5）由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知，合成6000mol甲醇需要n（CO）=6000mol、n（H₂）=12000mol．根據(jù)2FeTiO₃+6C+7Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2FeCl₃+2TiCl₄+6CO可知，電解中生成的n（Cl₂）=$\frac{7}{6}$n（CO）=7000mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑可知，電解生成n（H₂）=n（Cl₂）=7000mol，故需額外補(bǔ)充H₂ 為12000mol-7000mol=5000mol，
故答案為：5000．

點(diǎn)評 本題的綜合性很強(qiáng)，側(cè)重分析能力及計(jì)算能力的考查，涉及化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫，化學(xué)平衡、電解等多方面內(nèi)容，注意知識的遷移應(yīng)用，對學(xué)生能力要求較高，題目難度較大．