Question

8．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两个反应：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
上述反应符合“原子经济”原则的是I（填“I”或“II”）．
（2）已知在常温常压下：
甲醇脱水反应2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．
（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Cr₂O²?₇）时，实验室利用下图装置模拟该法：

①N电极为燃料电池的正极，分别写出M、N两电极的电极反应式为CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑、O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O．
②请完成电解池中Cr₂O²?₇转化为Cr³⁺的离子反应方程式：
1Cr₂O²?₇+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）“原子经济”是指在化学品合成过程中，所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中，原子利用率为100%最经济；
（2）已知：①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②-③可得：C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g），则△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（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反应I中所用原材料原子均转化到最终产物中，原子利用率为100%最经济，反应Ⅰ符合“原子经济”，故答案为：Ⅰ；
（2）已知：①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-②-③可得：C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g），则△H=△H₁-△H₂-△H₃=-23.9kJ•mol^-1-（-29.1kJ•mol^-1）-50.7kJ•mol^-1=-45.5kJ•mol^-1，
故答案为：-45.5；
（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：正；CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑；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；7；
（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．