金屬鈦(Ti)被稱為21世紀金屬,在航海、航空、記憶和塗料方面應用廣泛,TiO2是一種優良的光催化劑。20世紀...
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問題詳情:
金屬鈦(Ti)被稱為21世紀金屬,在航海、航空、記憶和塗料方面應用廣泛,TiO2
是一種優良的光催化劑。20世紀科學家嘗試用多種方法將金紅石(TiO2)還原,發現金紅
石直接*化是冶煉鈦的關鍵
步驟:
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) ΔH=+1493kJ•mol-1,ΔS=+61J•K-1•mol-1
該反應發生溫度高達2170℃,能耗大,對裝置和生產要求幾乎達到苛刻程度。目前科學家採用金紅石加碳*化方法,在較溫和條件下成功製取TiCl4,為人類快速邁進鈦合金時代做出了巨大貢獻。金紅石加碳*化的主要反應如下:
反應Ⅰ:TiO2(s)+2Cl2(g) +C(s)TiCl4(g)+CO2(g) ΔH1,ΔS1=+64J•K-1•mol-1
反應Ⅱ:TiO2(s)+2Cl2(g) +2C(s)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH2,△S2
已知:①C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394.3kJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-222.3kJ•mol-1
請回答:
(1)反應Ⅰ的ΔH1= kJ•mol-1。
(2)對於氣體參加的反應,表示平衡常數KP時,用氣體組分B的平衡壓強P(B)代替該氣
體物質的量濃度c(B),則反應Ⅰ的KP= (用表示式表示)。
(3)在常溫、常壓、光照條件下,N2在催化劑TiO2表面與H2O發生反應,
2N2(g)+6H2O(1)=4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1530.4kJ•mol-1
進一步研究相同條件下NH3生成量與溫度的關係,部分實驗資料見下表:
實驗組別 | 1 | 2 | 3 | 4 |
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
O2生成量/(10-6mol) | 3.6 | 4.4 | 4.5 | 1.5 |
反應時間/h | 3 | 3 | 3 | 3 |
容器體積/L | 2 | 2 | 2 | 2 |
①請在下圖中畫出上述反應在“有催化劑”與“無催化劑”兩種情況下反應過程中體系能量隨反應過程的變化趨勢示意圖(圖中標明必要的文字說明)。
②根據表中資料,在303K時,在3h內用氮氣表示其平均反應速率為 mol•L-1•h-1。判斷組別4中反應是否達到平衡狀態 (填“是”或“否”),並說明理由 。
【回答】
(1)+1098.7 (2)p(CO2)p(TiCl4)/p2(Cl2)
(3)①
②4×10-7;否;反應正反應為吸熱反應,升高溫度平衡正移,則n(NH3)應大於6.0×10-6mol
知識點:化學反應速率 化學平衡
題型:綜合題
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