Question

【题目】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) △H1

反应II：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2

①上述反应符合“原子经济"原则的是__________(填“I”或“II”)。

②下表所列数据是反应I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__________热反应(填“吸"或“放”)。

③某温度下，将1mol CO和3mol H2充入1L的恒容密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)=0.2mol/L，则CO的转化率为________，此时的温度为___________(从表中选择)。

(2)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，实验室利用下图装置模拟该法：

①N电极的电极反应式为_____________________。

②请完成电解池中Cr2O72—转化为Cr3+的离子反应方程式：（______） Cr2O72-+（_____） Fe2++（______）═（_____） Cr3+ +（______）Fe3++（_____） H2O

(3)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=_____________(已知，Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32)

Answer 1

【答案】I 放热 80% 250℃ O2+4e+4H+=2H2O 1 6 14H+ 2 6 7 5

【解析】

（1）①根据“原子经济”定义解答；

②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；

③某温度下，将1molCO和3molH2充入1L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/L）： 1 3 0

变化浓度（mol/L）： 0.8 1.6 0.8

平衡浓度（mol/L）： 0.2 1.4 0.8

由此计算CO转化率和此温度下平衡常数，进而判断温度；

（2）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Cr2O72-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Cr2O72-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Cr2O72-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；

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

（1）①“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中，由此可知，更符合原子经济的是I；

②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；

③某温度下，将1molCO和3molH2充入1L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/L）： 1 3 0

变化浓度（mol/L）： 0.8 1.6 0.8

平衡浓度（mol/L）： 0.2 1.4 0.8

CO转化率=×100%=80%，平衡常数K===2.041，故温度为250℃，

故答案为：放热；80%；250℃；

（2）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：CH3OH6e+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Cr2O72-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Cr2O72-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Cr2O72-的系数为1，Fe2+的系数为6，反应离子方程式为：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，

故答案为：1；6；14H+；2；6；7；

（3）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH)=1×10-32，c(Cr3+)=1×10-5mol·L1时，溶液中c(OH)===1×10-9mol·L1，则c(H+)==mol/L=1×10-5mol·L1，则pH=lg(1×10-5) =5。