Question

甲醇既是基本有机化工原料，又可作为燃料用于替代矿物燃料。

（1）工业上合成甲醇的反应为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH。下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
平衡常数K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断该反应为 ________反应（填“吸热”或“放热”）。 某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密闭容器中充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2 mol/L，则CO的转化率为______，此时的温度为______（从表中选择）。

（2）已知在常温常压下：

①2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH₁ kJ/mol

②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)  ΔH₂ kJ/mol

③H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH₃ kJ/mol

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

（3）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，实验室利用如图装置模拟该法：

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⁺ + ______

（4）处理废水时，最后Cr³⁺以Cr(OH)₃形式除去，当c(Cr³⁺)＝1×10‾⁵ mol/L 时，Cr³⁺沉淀完全，此时溶液的pH＝______。（已知：K_sp=6.4×10‾³¹，lg2=0.3）

Answer

放热 80% 250℃ 或(ΔH1－ΔH2)+2ΔH3 O2+4e−+4H+=2H2O 6 14H+ 2 6 7H2O 5.6

【解析】

（1）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；

某温度下，将2molCO和6molH2充入2L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）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变；

（3）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；

（4）Ksp=c(Cr3+)×c3(OH-)=6.4×10‾31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）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，故△H<0，某温度下，将2molCO和6molH2充入2L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）①2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1 kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) ΔH2 kJ/mol

③H2O(g)＝H2O(l) ΔH3 kJ/mol

根据盖斯定律(①−②+4×③)可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H= 或(ΔH1－ΔH2)+2ΔH3；

（3）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：CH3OH−6e−+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：6；14H+；2；6；7H2O；

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