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）工業上合成甲醇的反應為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。下表所列數據是該反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）。

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

由表中數據判斷該反應為 ________反應（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，達到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol/L，則CO的轉化率為______，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CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) ΔH＝ _____________ kJ/mol（用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示）。

（3）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，實驗室利用如圖裝置模擬該法：

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+ + ______

（4）處理廢水時，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去，當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；

某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L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）利用蓋斯定律構造目標熱化學方程式并求焓變；

（3）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；

（4）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH-)=6.4×1031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）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，故△H<0，某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L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）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：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。