Question

1．甲醇既可用于基本有机原料，又可作为燃料用于替代矿物燃料．
（1）以下是工业上合成甲醇的反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
?下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断反应I为放热反应（填“吸”或“放”）．
?某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃（从表中选择）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁ kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃ kJ/mol
则反应 CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=（△H₁-△H₂+4△H₃）/2kJ/mol（用△H₁、△H₂、△H₃表示）
（3）现以甲醇燃料电池，采用电解法来处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇²?）时，实验室利用如图装置模拟该法：

①N电极的电极反应式为O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O．
②请完成电解池中Cr₂O₇²?转化为Cr³⁺的离子反应方程式：
Cr₂O₇²?+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
（4）处理废水时，最后Cr³⁺以Cr（OH）₃形式除去，当c（Cr³⁺）=1×10?⁵mol•L^-1 时，Cr³⁺沉淀完全，此时溶液的pH=5.6． （已知，K_sp=6.4×10?³¹，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （1）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则：
                     CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始浓度（mol）：1       3               0
变化浓度（mol）：0.8   1.6           0.8
平衡浓度（mol）：0.2   1.4           0.8
转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%，根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，进而判断温度；
（2）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变；
（3）①氢离子由质子交换膜由M电极区移向N电极区，则M为负极、N为正极，负极上发生氧化反应，甲醇失去电子，生成二氧化碳与氢离子，正极发生还原反应，氧气获得电子，与通过质子交换膜的氢离子结合为水；
②电解池溶液里Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，化合价降低共6价，左侧Fe电极为阳极，Fe失去电子生成Fe²⁺，酸性条件Fe²⁺将Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，自身被氧化为Fe³⁺，化合价升高共1价，化合价升降最小公倍数为6，则Cr₂O₇^2-的系数为1，Fe²⁺的系数为6，再结合电荷守恒、原子守恒配平方程式；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10?³¹计算c（OH^-），根据Kw=c（H⁺）×（OH^-）计算溶液中c（H⁺），再根据pH=-lgc（H⁺）计算．

解答 解：（1）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故△H＜0，某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则：
                     CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始浓度（mol）：1       3                0
变化浓度（mol）：0.8   1.6             0.8
平衡浓度（mol）：0.2   1.4             0.8
CO转化率=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，故温度为250℃，
故答案为：放；80%；250℃；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁ kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃ kJ/mol
根据盖斯定律$\frac{1}{2}$（①-②+4③）可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=（△H₁-△H₂+4△H₃）/2kJ/mol，
故答案为：（△H₁-△H₂+4△H₃）/2；
（3）①氢离子由质子交换膜由M电极区移向N电极区，则M为负极、N为正极，负极上发生氧化反应，甲醇失去电子，生成二氧化碳与氢离子，负极电极反应式为：CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑，正极发生还原反应，氧气获得电子，与通过质子交换膜的氢离子结合为水，正极电极反应式为：O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O，
故答案为：O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O；
②电解池溶液里Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，化合价降低共6价，左侧Fe电极为阳极，Fe失去电子生成Fe²⁺，酸性条件Fe²⁺将Cr₂O₇^2-还原为Cr³⁺，自身被氧化为Fe³⁺，化合价升高共1价，化合价升降最小公倍数为6，则Cr₂O₇^2-的系数为1，Fe²⁺的系数为6，反应离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：1；6；14H⁺；2；6；7H₂O；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10?³¹，c（Cr³⁺）=1×10?⁵mol•L^-1 时，溶液中c（OH^-）=4×10?⁹mol•L^-1，则c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$mol/L=2.5×10?⁶mol•L^-1，则pH=-lg2.5×10?⁶=5.6，
故答案为：5.6．

点评 本题考查反应热计算、电解原理、氧化还原反应配平、溶度积有关计算等，（3）注意根据质子移动方向判断电极，是对学生综合能力的考查，难度中等．