Question

1．甲醇既可用于基本有機(jī)原料，又可作為燃料用于替代礦物燃料．
（1）以下是工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
?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℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)I為放熱反應(yīng)（填“吸”或“放”）．
?某溫度下，將2mol CO和6mol H₂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的轉(zhuǎn)化率為80%，此時的溫度為250℃（從表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁ kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃ kJ/mol
則反應(yīng) CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=（△H₁-△H₂+4△H₃）/2kJ/mol（用△H₁、△H₂、△H₃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(shí)驗室利用如圖裝置模擬該法：

①N電極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O．
②請完成電解池中Cr₂O₇²?轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的離子反應(yīng)方程式：
Cr₂O₇²?+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
（4）處理廢水時，最后Cr³⁺以Cr（OH）₃形式除去，當(dāng)c（Cr³⁺）=1×10?⁵mol•L^-1 時，Cr³⁺沉淀完全，此時溶液的pH=5.6． （已知，K_sp=6.4×10?³¹，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （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）：1       3               0
變化濃度（mol）：0.8   1.6           0.8
平衡濃度（mol）：0.2   1.4           0.8
轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(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Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，F(xiàn)e失去電子生成Fe²⁺，酸性條件Fe²⁺將Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，再結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平方程式；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10?³¹計算c（OH^-），根據(jù)Kw=c（H⁺）×（OH^-）計算溶液中c（H⁺），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算．

解答 解：（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）：1       3                0
變化濃度（mol）：0.8   1.6             0.8
平衡濃度（mol）：0.2   1.4             0.8
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，故溫度為250℃，
故答案為：放；80%；250℃；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁ kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃ kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律$\frac{1}{2}$（①-②+4③）可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=（△H₁-△H₂+4△H₃）/2kJ/mol，
故答案為：（△H₁-△H₂+4△H₃）/2；
（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：CH₃OH-6e-+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Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，F(xiàn)e失去電子生成Fe²⁺，酸性條件Fe²⁺將Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，反應(yīng)離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1；6；14H⁺；2；6；7H₂O；
（4）K_sp=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×10?³¹，c（Cr³⁺）=1×10?⁵mol•L^-1 時，溶液中c（OH^-）=4×10?⁹mol•L^-1，則c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$mol/L=2.5×10?⁶mol•L^-1，則pH=-lg2.5×10?⁶=5.6，
故答案為：5.6．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱計算、電解原理、氧化還原反應(yīng)配平、溶度積有關(guān)計算等，（3）注意根據(jù)質(zhì)子移動方向判斷電極，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．