金属钛（）在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石转化为，再进一步还原得到钛。回答下列问题：

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1. 金属钛（ $\text{[math]}$ ）在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石 $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$ ，再进一步还原得到钛。回答下列问题：

(1) $\text{[math]}$ 转化为 $\text{[math]}$ 有直接氯化法和碳氯化法．在 $\text{[math]}$ 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：

（ⅰ）直接氯化： $\text{[math]}$

（ⅱ）碳氯化： $\text{[math]}$ ①反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是。

③对于碳氯化反应：增大压强，平衡移动（填“向左”“向右”或“不”）；温度升高，平衡转化率（填“变大”“变小”或“不变”）。

(2) 在 $\text{[math]}$ ，将 $\text{[math]}$ 、C、 $\text{[math]}$ 以物质的量比1∶2.2∶2进行反应．体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。

①反应 $\text{[math]}$ 的平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②图中显示，在 $\text{[math]}$ 平衡时 $\text{[math]}$ 几乎完全转化为 $\text{[math]}$ ，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是。

(3) $\text{[math]}$ 碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于 $\text{[math]}$ “固—固”接触的措施是。

【考点】

盖斯定律及其应用; 化学平衡常数; 化学反应速率的影响因素; 化学平衡移动原理; 有关反应热的计算;

【答案】

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综合题普通

1. 三氧化碳的回收及综合利用越来越受到国际社会的重视，将二氧化碳转化为高附加值化学品是目前研究的热点之一。利用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 合成甲醇，在催化剂作用下可发生如下两个平行反应。

反应I： $\text{[math]}$

反应Ⅱ： $\text{[math]}$

请回答：

(1) 有利于提高甲醇平衡产率的条件是_______。 A. 低温低压 B. 低温高压 C. 高温低压 D. 高温高压

(2) 反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(3) 我国科研人员研究了在 $\text{[math]}$ 催化剂上 $\text{[math]}$ 加氢制甲醇过程中水的作用机理，其主反应历程如图( $\text{[math]}$ )，下列说法正确的是_______。

A. 使用更高效的催化剂能提高甲醇的平衡产率 B. 第④步的反应式为 $\text{[math]}$ C. $\text{[math]}$ 加氢制甲醇符合绿色化学理念 D. 若实验前用少量水对催化剂进行预处理，可能提升甲醇产率

(4) 在催化剂下，向恒容密闭容器充入一定量 $\text{[math]}$ 及 $\text{[math]}$ ，起始和平衡时各组分的量如下：

	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	总压/ $\text{[math]}$
起始/ $\text{[math]}$	1.0	3.0	0	0	0	$\text{[math]}$
平衡/ $\text{[math]}$			$\text{[math]}$		$\text{[math]}$	p

若反应均达平衡时， $\text{[math]}$ ，则表中 $\text{[math]}$ ；若此时 $\text{[math]}$ ，则反应I的平衡常数 $\text{[math]}$ (无需带单位，用含总压p的式子表示)。

(5) 一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应 $\text{[math]}$ ，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如下图所示，此温度范围内，催化剂活性不受影响

①当温度高于 $\text{[math]}$ 后，甲醇产率减小的原因可能是。

②请在图中画出甲醇平衡产率随温度变化的曲线图。

综合题普通

2. 氢气作为一种可再生能源，它的制备一直都是研究的热点。其中甲醇水蒸气重整制氢气包含以下三个反应：

Ⅰ． $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$ kJ/mol

Ⅱ． $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$ kJ/mol

Ⅲ． $\text{[math]}$ 　 $\text{[math]}$

某课题小组经计算得到三个反应的平衡常数对数值与温度的关系图如下：

(1) 反应Ⅲ的 $\text{[math]}$ kJ/mol，反应Ⅰ的平衡常数与温度的关系图为。

(2) 在铜基催化剂条件下探究水醇比( $\text{[math]}$ )以及当水醇比=1时温度对 $\text{[math]}$ 的选择性和CO物质的量分数的影响，结果分别如下：

①下列说法正确的是

A．根据图1，重整制氢的反应温度一般控制在450K~600K之间，可能是要保证甲醇的转化率并控制有适量的CO的含量，有利于维持合适的温度。

B．根据图2，反应过程中，水醇比增加可能会消耗更多的能量。

C．反应不能由体系密度不变来判定达到平衡。

D．催化剂只会对某一个反应有催化作用，所以对某种产物具有选择性。

②根据图3，当温度大于220℃时， $\text{[math]}$ 选择性下降而CO的含量上升可能的原因是：。

(3) 在某压强p₁下，甲醇转化率随温度变化如图所示，

①请画出压强p₂下，P₂<P₁ ，相同时间，甲醇转化率随温度变化图。

②260℃时，P₁压强下，充入等物质的量的甲醇和水，保持压强不变体系达平衡时， $\text{[math]}$ ，反应Ⅲ的 $\text{[math]}$ 。

综合题困难

3. 工业生产中产生的烟气中常含有氮氧化物 $\text{[math]}$ ，为了防止污染大气，排放前需要经过适当处理脱除 $\text{[math]}$ 。

(1) 在一定条件下，可用CO还原NO，其原理为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

已知：标准摩尔生成焓指标准状态下由最稳定的单质合成1 mol该物质的焓变。一些物质的燃烧热或标准摩尔生成焓如下表所示。

物质	C(s)	CO(g)	NO(g)
燃烧热 $\text{[math]}$ (kJ/mol)	-393.5
标准摩尔生成焓 $\text{[math]}$ (kJ/mol)	0	-110.5	+90.5

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②下列措施能够同时提高上述反应的速率和NO平衡转化率的是(填标号)。

A．使用催化剂 B．及时分离生成的 $\text{[math]}$ C．升高温度 D．提高CO的浓度

③一定温度下，在体积恒为2L的密闭容器中通入CO与NO各2 mol，初始压强为20 kPa．仅发生上述反应，达到平衡后， $\text{[math]}$ ，则此温度下该反应的压强平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。再向容器中通入2 mol $\text{[math]}$ 和1 mol $\text{[math]}$ ，达到新的平衡时，混合气体中NO的体积分数相比原平衡(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2) CO也可以还原 $\text{[math]}$ ，反应原理为： $\text{[math]}$ 。

研究发现，该反应分两步进行：

第一步： $\text{[math]}$ (慢反应)

第二步： $\text{[math]}$ (快反应)

已知：此条件下，该反应的化学反应速率 $\text{[math]}$ (k为速率常数，只与温度有关)。下列分析正确的是_________(填标号)。

A. 增大 $\text{[math]}$ 浓度，该反应速率增大 B. 增大CO浓度，该反应速率几乎不变 C. $\text{[math]}$ 是该反应的催化剂 D. 第一步反应的活化能小于第二步反应

(3) 工业烟气中的 $\text{[math]}$ 常常无法完全脱除，可用下图所示装置来测定工业烟气中 $\text{[math]}$ 的脱除率，其原理如下：

测定开始前，电解质溶液中 $\text{[math]}$ 。测定时，将含 $\text{[math]}$ 的烟气中通入电解质溶液中使 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应 $\text{[math]}$ 被还原为NO，烟气中其他成分均不参与反应)。此时电解池自动开始工作，直到 $\text{[math]}$ 重新变为n，电解自动结束。

①装置工作时，阴极反应的电极反应式为：， $\text{[math]}$ 被 $\text{[math]}$ 还原的离子方程式为。

②将某工业烟气分为等体积的两份，其中一份直接通入该装置，另一份脱除部分 $\text{[math]}$ 后再通入该装置，两次电解过程中转移的电子量分别为a mol、b mol，则本次 $\text{[math]}$ 脱除率为。

综合题普通