Question

5．将CO₂转化为甲醇可以有效利用资源，同时又可控制温室气体，原理为：CO₂+3H₂$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH+H₂O

（1）由图1所示的能量变化，写出将CO₂转化为甲醇的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（2）一定温度下，若上述制备甲醇的反应在体积为2L的密闭容器中进行并保持温度不变，起始时投入1  mol CO₂、4mol H₂，达到平衡时H₂与CO₂的物质的量之比为8：1，CO₂的转化率是80%．
（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Cr₂O₇^2-）时，实验室利用图2装置模拟该法：
①M区发生反应的电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺．
②已知电解池溶液里Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，该反应的离子方程式Cr₂O₇^2-+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，溶液的pH5.6．（已知Ksp．[Cr（ OH）₃]=6.4xl0^-31，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （1）根据图1中能量变化，可得热化学方程式为：①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，
根据盖斯定律，②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）；
（2）假设转化的CO₂为xmol，由方程式可知转化的氢气为3xmol，故平衡时CO₂为（1-x）mol、氢气为（4-3x）mol，再根据平衡时H₂与CO₂的物质的量之比为8：1列方程计算解答；
（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；
②电解池溶液里Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，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⁺，同时生成水；
（4）根据Ksp[Cr（ OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×l0^-31计算溶液中c（OH^-），再根据Kw计算溶液中c（H⁺），溶液pH=-lgc（H⁺）．

解答 解：（1）根据图1中能量变化，可得热化学方程式为：
①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，
根据盖斯定律，②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）假设转化的CO₂为xmol，由方程式可知转化的氢气为3xmol，故平衡时CO₂为（1-x）mol、氢气为（4-3x）mol，平衡时H₂与CO₂的物质的量之比为8：1，则（4-3x）：（1-x）=8：1，解得x=0.8，故CO₂的转化率是$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，故答案为：80%；
（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，电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺；
②电解池溶液里Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，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⁺，同时生成水，反应离子方程式为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）溶液中c（Cr³⁺）=l0^-5mol/L时沉淀完全，Ksp[Cr（ OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×l0^-31，则溶液中c（OH^-）=4×l0^-9，故溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$mol/L=2.5×l0^-6mol/L，则pH=-lgc（H⁺）=5.6，
故答案为：5.6

点评 本题考查化学平衡计算、热化学方程式书写、电化学、溶度积有关计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．