《2026年新高考5年真题高中化学全一册通用版广东专版》

19. (14分)钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。
(1) 基态Ti原子的价层电子排布式为3d²4s²。
(2) 298 K下，反应$\mathrm{TiO_2(s) + 2C(s) + 2Cl_2(g) \longrightarrow TiCl_4(g) + 2CO(g)}$的$\Delta H ＜ 0$、$\Delta S ＞ 0$，则298 K下该反应能 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3) 以$\mathrm{TiCl_4}$为原料可制备$\mathrm{TiCl_3}$。将5.0 mol $\mathrm{TiCl_4}$与10.0 mol Ti放入容积为$V_0$ L的恒容密闭容器中，反应体系存在下列过程。

①$\Delta H_1 =$-267.8kJ·mol⁻¹。
②不同温度下，平衡时反应体系的组成如图。曲线Ⅰ对应的物质为TiCl₂(s)。

③温度$T_0$ K下，$n[\mathrm{TiCl_4(g)}] =$0.5mol，反应(c)的平衡常数$K =$$\frac{(\frac{6.0}{V_0})^4}{(\frac{0.5}{V_0})^3}$ (列出算式，无须化简)。
(4) 钛基催化剂可以催化储氢物质肼($\mathrm{N_2H_4}$)的分解反应：

(e) $\mathrm{N_2H_4 \longrightarrow N_2 + 2H_2}$
(f) $\mathrm{3N_2H_4 \longrightarrow N_2 + 4NH_3}$
为研究某钛基催化剂对上述反应的影响，以肼的水溶液为原料(含$\mathrm{N_2H_4}$的物质的量为$n_0$)，进行实验，得到$n_1/n_0$、$n_2/n_0$随时间t变化的曲线如图。其中，$n_1$为$\mathrm{H_2}$与$\mathrm{N_2}$的物质的量之和；$n_2$为剩余$\mathrm{N_2H_4}$的物质的量。设$n_e$为0~t时间段内反应(e)消耗$\mathrm{N_2H_4}$的物质的量，该时间段内，本体系中催化剂的选择性用$\frac{n_e}{n_0 - n_2} × 100\%$表示。
①0~$t_0$ min内，$\mathrm{N_2H_4}$的转化率为(1 - y₂)×100% (用含$y_2$的代数式表示)。
②0~$t_0$ min内，催化剂的选择性为$\frac{3y₁ + y₂ - 1}{8 - 8y₂}×100%$ (用含$y_1$与$y_2$的代数式表示，写出推导过程)。

答案： 19.参考答案
(1)3d²4s²
(2)能
$(3)① - 267.8 ②TiCl₂(s) ③0.5 (\frac{(\frac{6.0}{V_0})^4}{(\frac{0.5}{V_0})^3})$
(4)①(1 - y₂)×100% ②由图可知，0~t₀min内，反应消耗肼(N₂H₄)的物质的量为n₀(1 - y₂)，生成的N₂和H₂的物质的量之和为n₀y₁，根据反应前后原子个数守恒，可得反应(f)生成的$n(NH₃)=\frac{6n₀(1 - y₂)-2n₀y₁}{4}，$则反应(f)消耗的N₂H₄的物质的量$n_n=\frac{6n₀(1 - y₂)-2n₀y₁}{4}×\frac{3}{4}，$反应(e)消耗的N₂H₄的物质的量n_e为$n₀(1 - y₂)-\frac{6n₀(1 - y₂)-2n₀y₁}{4}×\frac{3}{4}，$则本体系中催化剂的选择性$=\frac{n_e}{n_0 - n_2}×100%=\frac{n₀(1 - y₂)-\frac{6n₀(1 - y₂)-2n₀y₁}{4}×\frac{3}{4}}{n₀ - n₀y₂}×100%=\frac{(1 - y₂)-\frac{9(1 - y₂)-3y₁}{8}}{1 - y₂}×100%=\frac{3y₁ + y₂ - 1}{8 - 8y₂}×100%。$
命题意图本题围绕钛及其化合物，涉及化学反应平衡、盖斯定律、反应自发等知识，体现了“变化观念与平衡思想”等化学学科核心素养。
解题思路
(2)该反应的ΔH＜0、ΔS＞0，则根据ΔG=ΔH - TΔS＜0反应可自发进行可知，该反应在298K下能自发进行。
(3)①根据盖斯定律反应c - 2×反应b=反应a，则ΔH₁=(+132.4 - 2×200.1)kJ·mol⁻¹=-267.8kJ·mol⁻¹。②反应(a)为放热反应，反应(b)为吸热反应，升高温度，反应(a)平衡逆向移动、反应(b)平衡正向移动，TiCl₂(s)的物质的量减小，所以曲线Ⅰ对应的物质为TiCl₂(s)，曲线Ⅱ对应的物质为TiCl₃(g)。③温度T₀K下，n[TiCl₂(s)]=8.5mol，n[TiCl₃(g)]=6.0mol，n[TiCl₄(s)]=n[TiCl₂(s)]=0mol，根据钛元素守恒，可推出n[TiCl₄(g)]=(10.0 + 5.0 - 6.0 - 8.5)mol=0.5mol。容器的容积为V₀L，$c[TiCl₄(g)]=\frac{0.5}{V_0}mol·L⁻¹，$$c[TiCl₃(g)]=\frac{6.0}{V_0}mol·L⁻¹，$反应(c)的平衡常数$K=\frac{c^4[TiCl₃(g)]}{c^3[TiCl₄(g)]}=\frac{(\frac{6.0}{V_0})^4}{(\frac{0.5}{V_0})^3}。$
(4)①因为肼(N₂H₄)为反应物，随着反应的进行，肼的含量逐渐下降，起始时n₂/n₀=1，t₀min时，n₂/n₀=y₂，则0~t₀min内，N₂H₄的转化率为$\frac{n₀ - n₀y₂}{n₀}×100%=(1 - y₂)×100%。$