Question

【題目】甲醇既可用于基本有機(jī)原料，又可作為燃料用于替代礦物燃料。

(1)以下是工業(yè)上合成甲醇的兩個(gè)反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

反應(yīng)II：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2

①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)"原則的是__________(填“I”或“II”)。

②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)I為__________熱反應(yīng)(填“吸"或“放”)。

③某溫度下，將1mol CO和3mol H2充入1L的恒容密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為________，此時(shí)的溫度為___________(從表中選擇)。

(2)現(xiàn)以甲醇燃料電池。采用電解法來(lái)處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O72—)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室利用下圖裝置模擬該法：

①N電極的電極反應(yīng)式為_____________________。

②請(qǐng)完成電解池中Cr2O72—轉(zhuǎn)化為Cr3+的離子反應(yīng)方程式：（______） Cr2O72-+（_____） Fe2++（______）═（_____） Cr3+ +（______）Fe3++（_____） H2O

(3)處理廢水時(shí)，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去，當(dāng)c(Cr3+)=1×10—5mol-L-1時(shí)，Cr3+沉淀完全，此時(shí)溶液的pH=_____________(已知，Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32)

Answer 1

【答案】I 放熱 80% 250℃ O2+4e+4H+=2H2O 1 6 14H+ 2 6 7 5

【解析】

（1）①根據(jù)“原子經(jīng)濟(jì)”定義解答；

②由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

③某溫度下，將1molCO和3molH2充入1L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則：

CO（g）+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度（mol/L）： 1 3 0

變化濃度（mol/L）： 0.8 1.6 0.8

平衡濃度（mol/L）： 0.2 1.4 0.8

由此計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率和此溫度下平衡常數(shù)，進(jìn)而判斷溫度；

（2）①氫離子由質(zhì)子交換膜由M電極區(qū)移向N電極區(qū)，則M為負(fù)極、N為正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失去電子，生成二氧化碳與氫離子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣獲得電子，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合為水；

②電解池溶液里Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，化合價(jià)降低共6價(jià)，左側(cè)Fe電極為陽(yáng)極，Fe失去電子生成Fe2+，酸性條件Fe2+將Cr2O72-還原為Cr3+，自身被氧化為Fe3+，化合價(jià)升高共1價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，則Cr2O72-的系數(shù)為1，Fe2+的系數(shù)為6，再結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平方程式；

（3）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH-)=1×1032計(jì)算c(OH-)，根據(jù)KW=c(H+)×c(OH-)計(jì)算溶液中c(H+)，再根據(jù)pH=-lgc(H+)計(jì)算。

（1）①“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過(guò)程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，由此可知，更符合原子經(jīng)濟(jì)的是I；

②由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

③某溫度下，將1molCO和3molH2充入1L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則：

CO（g）+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度（mol/L）： 1 3 0

變化濃度（mol/L）： 0.8 1.6 0.8

平衡濃度（mol/L）： 0.2 1.4 0.8

CO轉(zhuǎn)化率=×100%=80%，平衡常數(shù)K===2.041，故溫度為250℃，

故答案為：放熱；80%；250℃；

（2）①氫離子由質(zhì)子交換膜由M電極區(qū)移向N電極區(qū)，則M為負(fù)極、N為正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失去電子，生成二氧化碳與氫離子，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH3OH6e+H2O=6H++CO2↑，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣獲得電子，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合為水，正極電極反應(yīng)式為：O2+4e+4H+=2H2O，

故答案為：O2+4e+4H+=2H2O；

②電解池溶液里Cr2O72-轉(zhuǎn)化為Cr3+，化合價(jià)降低共6價(jià)，左側(cè)Fe電極為陽(yáng)極，Fe失去電子生成Fe2+，酸性條件Fe2+將Cr2O72-還原為Cr3+，自身被氧化為Fe3+，化合價(jià)升高共1價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為6，則Cr2O72-的系數(shù)為1，Fe2+的系數(shù)為6，反應(yīng)離子方程式為：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，

故答案為：1；6；14H+；2；6；7；

（3）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH)=1×10-32，c(Cr3+)=1×10-5mol·L1時(shí)，溶液中c(OH)===1×10-9mol·L1，則c(H+)==mol/L=1×10-5mol·L1，則pH=lg(1×10-5) =5。