Question

（2012?東城區(qū)模擬）某小組根據工業(yè)生產原理設計如下轉化關系，以獲取燒堿和金屬鈦（Ti）．

（1）燃料電池中通入氧氣的電極是

正

（填“正”或“負”）極，電極反應式是

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

；用該電池電解飽和食鹽水，若消耗32g甲醇，理論上Ⅰ中可生成NaOH

6

mol．
（2）如上圖所示，理論上加入Ⅱ中的TiO₂和焦炭的物質的量之比是

1：2

；由TiCl₄得到金屬Ti的化學方程式是

4Na+TiCl₄

Ar      .

550°C

4NaCl+Ti

．
（3）根據Ⅲ中合成甲醇的反應，該小組保持溫度不變，在兩個相同的恒容密閉容器中進行實驗，有關實驗數據如下：

實驗編號	T/℃	平衡時壓強P/MPa	起始用量/mol		平衡時CO的轉化率	放出熱量/kJ
			n（H2）	n（CO）
Ⅰ	250	2	20	10	90%	a
Ⅱ	250	P1	40	20	c	b

①P₁

＜

4MPa（填“＞”、“＜”或“=”）；
②實驗Ⅰ條件下合成甲醇的熱化學方程式是

CO（g）+2H₂（g）

250°C

2MPa

CH₃OH（g）?△H=-

a

9

kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）燃料電池中燃料在負極得到電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應；依據電子守恒計算得到；
（2）依據轉化流程中反應物和產物分析，利用已知守恒配平書寫化學方程式；
（3）①合成甲醇反應為2H₂+CO=CH₃OH，反應前后氣體壓強減小，相同條件氣體壓強之比等于物質的量之比，反應是可逆反應實驗Ⅱ相當于兩個反應Ⅰ平衡疊加，壓強增大，平衡正向進行；
②分析圖表數據，反應的一氧化碳物質的量為9mol，放熱aKJ；1mol一氧化碳反應放熱

a

9

KJ，依據熱化學方程式標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變寫出．

解答：解：（1）燃料電池中燃料在負極得到電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，電極反應為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；用該電池電解飽和食鹽水，若消耗32g甲醇物質的量為1mol，依據甲醇電極反應計算物質轉移，電極反應為CH₃OH+6OH^--6e^-=CO₂+5H₂O，1mol甲醇反應電子轉移6mol，根據電子守恒，電解飽和食鹽水反應2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，電子轉移2mol，生成2molNaOH，所以理論上Ⅰ中可生成NaOH物質的量6mol，
故答案為：正；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；6；
（2）理論上加入Ⅱ中的TiO₂和焦炭發(fā)生的反應是生成鈦和一氧化氮，反應的化學方程式為：TiO₂+2C=Ti+2CO，TiO₂和焦炭的物質的量之比為1：2；由TiCl₄得到金屬Ti的化學方程式是：4Na+TiCl₄

Ar      .

550°C

4NaCl+Ti，
故答案為：1：2；4Na+TiCl₄ 

Ar      .

550°C

4NaCl+Ti；
（3）①合成甲醇反應為2H₂+CO=CH₃OH，反應前后氣體壓強減小，依據起始量分析，實驗Ⅱ可以看做兩個實驗Ⅰ平衡疊加，相當于增大壓強，平衡正向進行，平衡狀態(tài)壓強小于4MPa，
故答案為：＜；
②分析圖表數據，反應的一氧化碳物質的量為9mol，放熱aKJ；1mol一氧化碳反應放熱

a

9

KJ，反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）

250°C

2MPa

CH₃OH（g）?△H=-

a

9

kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）

250°C

2MPa

 CH₃OH（g）?△H=-

a

9

kJ?mol^-1．

點評：本題考查了原電池原理的分析判斷，電極反應的書寫方法和電子守恒的計算應用，依據流程圖分析書寫化學方程式，化學耦合的分析應用，熱化學方程式的書寫方法，題目難度中等．