Question

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2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分发生反应，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)已知在常温常压下：

①2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(g)    H₁kJ/mol

②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)     H₂kJ/mol

③H₂O(g)＝H₂O(l)    H₃ kJ/mol

则反应 CH₃OH(l)+ O₂(g)＝ CO(g)+ 2H₂O(l)   H＝________kJ/mol

(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Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子反应方程式：

Cr₂O₇^2-+_______Fe²⁺ +________ [___]═ ________Cr³⁺+_______Fe³⁺+_________[___]

Answer

Ⅰ 放 80% 250℃ O2+4e-+4H+=2H2O 6 14 H+ 2 6 7 H2O

【解析】

（1）①“原子经济”是指在化学品合成过程中，所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中，原子利用率为100%最经济；

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，根据化学反应过程中各物质浓度变化之比等于其化学计量数之比计算平衡时各物质的浓度，然后计算CO转化率，根据平衡常数的定义计算该温度下的平衡常数，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根据氧化还原反应得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平。

（1）①反应I中所用原材料原子均转化到最终产物中，原子利用率为100%最经济，反应Ⅰ符合“原子经济”，故答案为：Ⅰ；

②由表数据可知，温随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则逆向是吸热反应，故正向放热反应；

③CO的起始浓度为1mol/L、H2的起始浓度为3mol/L，平衡时c(CO)=0.2mol/L，则△c(CO)=1mol/L−0.2mol/L=0.8mol/L，由方程式可知△c(H2)=2△c(CO)=1.6mol/L，故平衡时H2的浓度为3mol/L−1.6mol/L=1.4mol/L，平衡时c(CH3OH)=△c(CO)=0.8mol/L，CO的转化率==80%；平衡常数，所以温度为250℃；

（2）根据盖斯定律(①−②+4×③)可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)ΔH=kJ/mol；

（3）①由上述分析可知，N电极上氧气获得电子，与通过质子交换膜的氢离子结合为水，其电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O；

②电解池溶液里转化为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+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为：。