Question

【題目】甲醇既是基本有機化工原料，又可作為燃料用于替代礦物燃料。

（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
平衡常數(shù)K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)為 ________反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）。 某溫度下，將2 molCO和6 molH2充入2 L的密閉容器中充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為______，此時的溫度為______（從表中選擇）。

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) ΔH2kJ/mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3kJ/mol

則反應(yīng)CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) ΔH＝ _____________ kJ/mol（用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示）。

（3）現(xiàn)以甲醇燃料電池，采用電解法來處理酸性含鉻廢水（主要含有Cr2O72）時，實驗室利用如圖裝置模擬該法：

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

②請完成電解池中Cr2O72轉(zhuǎn)化為Cr3+的離子反應(yīng)方程式：

Cr2O72 + ______ Fe2+ + ______ ＝ ______ Cr3+ + ______ Fe3+ + ______

（4）處理廢水時，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去，當(dāng)c(Cr3+)＝1×105 mol/L時，Cr3+沉淀完全，此時溶液的pH＝______。（已知：Ksp=6.4×1031，lg2=0.3）

Answer 1

【答案】放熱 80% 250℃ 或(ΔH1－ΔH2)+2ΔH3 O2+4e+4H+=2H2O 6 14H+ 2 6 7H2O 5.6

【解析】

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

某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得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

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

（2）利用蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式并求焓變；

（3）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+，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，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+，化合價升高共1價，化合價升降最小公倍數(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；

（4）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH-)=6.4×1031計算c(OH-)，根據(jù)KW=c(H+)×c(OH-)計算溶液中c(H+)，再根據(jù)pH=-lgc(H+)計算。

（1）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H<0，某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得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）①2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) ΔH2kJ/mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律(①②+4×③)可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H= 或(ΔH1－ΔH2)+2ΔH3；

（3）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+，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，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+，化合價升高共1價，化合價升降最小公倍數(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：6；14H+；2；6；7H2O；

（4）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH)=6.4×10-31，c(Cr3+)=1×10-5mol·L1時，溶液中c(OH)===4×10-9mol·L1，則c(H+)==mol/L=2.5×10-6mol·L1，則pH=lg(2.5×10-6) =5.6。