Question

【題目】甲醇既可用于基本有機原料，又可作為燃料用于替代礦物燃料。

(1)以下是工業上合成甲醇的兩個反應：

反應I：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

反應II：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2

①上述反應符合“原子經濟"原則的是__________(填“I”或“II”)。

②下表所列數據是反應I在不同溫度下的化學平衡常數(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數據判斷反應I為__________熱反應(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，達到平衡后，測得c(CO)=0.2mol/L，則CO的轉化率為________，此時的溫度為___________(從表中選擇)。

(2)現以甲醇燃料電池。采用電解法來處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O72—)時，實驗室利用下圖裝置模擬該法：

①N電極的電極反應式為_____________________。

②請完成電解池中Cr2O72—轉化為Cr3+的離子反應方程式：（______） Cr2O72-+（_____） Fe2++（______）═（_____） Cr3+ +（______）Fe3++（_____） H2O

(3)處理廢水時，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去，當c(Cr3+)=1×10—5mol-L-1時，Cr3+沉淀完全，此時溶液的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“原子經濟”定義解答；

②由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應；

③某溫度下，將1molCO和3molH2充入1L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，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轉化率和此溫度下平衡常數，進而判斷溫度；

（2）①氫離子由質子交換膜由M電極區移向N電極區，則M為負極、N為正極，負極上發生氧化反應，甲醇失去電子，生成二氧化碳與氫離子，正極發生還原反應，氧氣獲得電子，與通過質子交換膜的氫離子結合為水；

②電解池溶液里Cr2O72-轉化為Cr3+，化合價降低共6價，左側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為6，則Cr2O72-的系數為1，Fe2+的系數為6，再結合電荷守恒、原子守恒配平方程式；

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

（1）①“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中，由此可知，更符合原子經濟的是I；

②由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應；

③某溫度下，將1molCO和3molH2充入1L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，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轉化率=×100%=80%，平衡常數K===2.041，故溫度為250℃，

故答案為：放熱；80%；250℃；

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

故答案為：O2+4e+4H+=2H2O；

②電解池溶液里Cr2O72-轉化為Cr3+，化合價降低共6價，左側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為6，則Cr2O72-的系數為1，Fe2+的系數為6，反應離子方程式為：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，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。