《2025年人教金学典同步解析与测评高中化学选择性必修1人教版》

2. （2022·全国甲节选）金属钛（${Ti}$）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（${TiO_{2}}$）转化为${TiCl_{4}}$，再进一步还原得到钛。回答下列问题。
（1）${TiO_{2}}$转化为${TiCl_{4}}$有直接氯化法和碳氯化法。在$1000\ ^{\circ}C$时反应的热化学方程式及其平衡常数如下。
（ⅰ）直接氯化：${TiO_{2}(s) + 2Cl_{2}(g) = TiCl_{4}(g) + O_{2}(g)}$ $\Delta H_{1} = +172\ kJ/mol$，$K_{p_{1}} = 1.0 × 10^{-2}$
（ⅱ）碳氯化：${TiO_{2}(s) + 2Cl_{2}(g) + 2C(s) = TiCl_{4}(g) + 2CO(g)}$ $\Delta H_{2} = -51\ kJ/mol$，$K_{p_{2}} = 1.2 × 10^{12}\ Pa$
①碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是________。
②对于碳氯化反应：增大压强，平衡________（填“向左”“向右”或“不”）移动；温度升高，平衡转化率________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）在$1.0 × 10^{5}\ Pa$时，将${TiO_{2}}$、${C}$、${Cl_{2}}$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2-42所示。
①反应${C(s) + CO_{2}(g) = 2CO(g)}$的平衡常数$K_{p}(1400\ ^{\circ}C) = $_________$\ Pa$。
②图中显示，在$200\ ^{\circ}C$平衡时${TiO_{2}}$几乎完全转化为${TiCl_{4}}$，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是________。
（3）${TiO_{2}}$碳氯化是一个“气-固-固”反应，有利于${TiO_{2}-C}$“固-固”接触的措施是________。
【解析】（1）①碳氯化的反应，既是熵增反应又是放热反应，有利于反应正向进行，直接氯化的反应是吸热反应，不利于反应正向进行，所以碳氯化的反应趋势远大于直接氯化。
②根据勒夏特列原理可知，增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，${TiO_{2}(s) + 2Cl_{2}(g) + 2C(s) = TiCl_{4}(g) + 2CO(g)}$ $\Delta H_{2} = -51\ kJ/mol$，生成物气体的分子数大于反应物气体的分子数，故平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，转化率变小。
（2）①由图知$1400\ ^{\circ}C$时，体系中${CO_{2}}$的物质的量分数是$0.05$，${CO}$的物质的量分数是$0.6$，$K_{p}(1400\ ^{\circ}C) = \dfrac{p^{2}({CO})}{p({CO_{2}})} = \dfrac{(1.0 × 10^{5} × 0.6)^{2}}{1.0 × 10^{5} × 0.05} = 7.2 × 10^{5}$。
②考虑实际生产中要尽可能地在单位时间内多出产品，故实际反应温度远高于$200\ ^{\circ}C$是为了加快反应速率，提高生产效率。
（3）将固体粉碎有利于增大接触面积。

答案：

【答案】（1）①碳氯化是熵增、放热反应，有利于反应正向进行，而直接氯化的反应是吸热反应，不利于反应正向进行 ②向左 变小

（2）①$7.2 × 10^{5}$ ②加快反应速率，提高生产效率

（3）将固体粉碎后混匀