Question

I、二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂，对臭氧层无破坏作用。

(1)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:

①2H₂(g) +CO(g)⇌CH₃OH(g);△H = -90.8 kJ/mol

②2CH₃OH(g)⇌CH₃OCH₃(g)+ H₂O(g);△H= -23.5kJ/mol

③CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g);△H= -41.3 kJ/mol

总反应: 3H₂(g) + 3CO(g)⇌CH₃OCH₃(g) + CO₂(g)的△H=___________一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡。要提高CO的平衡转化率，下列选项中可以采取的措施是:______________。(填序号)

a.高温高压         b.加入催化剂     c.减少CO₂的浓度        d.增加CO的浓度        e.分离出二甲醚

(2)已知上述(1) 中反应②2CH₃OH(g)⇌CH₃OCH₃(g)+ H₂O(g)在某温度下的平衡常数为100。此温度下在10L密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得容器中各组分的物质的量如下:

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
物质的量/ (mol)	4.0	6.0	6.0

①比较此时正、逆反应速率的大小: v_正_______ v_逆(填“>”、“<”或“=”)。
 

②若在此密闭容器中开始加入21 mol CH₃OH，则达到平衡时c(CH₃OH) =________;

II、 化学反应: I₂+ 2S₂O=2I^-+S₄O 常用于精盐中碘含量测定。

(3)某同学利用上述反应探究浓度对反应速率的影响。实验时均加入1mL淀粉溶液做指示剂，若不经计算，直接通过褪色时间的长短判断浓度与反应速率的关系，下列试剂中应选择____________。 (填序号)

①1mL 0.01 mol/L 的碘水

②1mL 0.001 mol/L的碘水

③4mL 0.01  mol/L的Na₂S₂O₃溶液

④4mL 0.001 mol/L的Na₂S₂O₃溶液

(4)若某同学选取(3)中试剂①③进行实验，测得褪色时间为2s，则v(S₂O) _____。(结果保留二位有效数字)

III、工业废水中常含有一定量的Cr₂O和CrO， 它们会对人类及生态系统产生很大的伤害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。

方法1:还原沉淀法。该法的工艺流程为:

(5)流程第①步存在平衡: 2CrO+ 2H⁺⇌Cr₂O+ H₂O,能说明第①步反应达平衡状态的是________ (填序号)

A. Cr₂O和CrO的浓度相同

B. 2v(Cr₂O)=v(CrO)

C.溶液的颜色不变

(6)流程第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡:Cr(OH)₃ (s)⇌Cr³⁺(aq)+3OH^-(aq)

常温下Cr(OH)₃的溶度积Ksp= 10^-32,当c(Cr³⁺)降至10^-5 mol/L时溶液的pH为_________ 。

方法2:电解法

该法用Fe做电极电解含Cr₂O的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。请用电极反应方程式解释下列原因:

(7)用Fe做电极的原因是_________________在阴极附近溶液pH升高的原因是_________________

Answer

-246.4kJ·mol-1 c、e > 0.1 mol·L-1 ②③④ 1.7×10-3 mol·L-1·s-1 C 5 Fe-2e-=Fe2+ 2H++2e-=H2

【解析】

(1)已知：①2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g)；△H=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)；△H=-23.5kJ•mol-1
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)；△H=-41.3kJ•mol-1
依据盖斯定律计算，①×2+②+③，得到总反应的热化学方程式：3H2(g)+3CO(g)⇌CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol；

a．该反应焓变小于0，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，故a不选；

b．催化剂不改变平衡转化率，故b不选；

c．减少二氧化碳的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，故c选；

d．增加CO的浓度平衡虽然正向移动，但是转化率减小，故d不选；

e．分离出二甲醚，平衡正向移动，CO的转化率增大，故e选；

综上所述选c、e；

(2)①容器体积为10L，根据表格数据可知此时c(CH3OH)=0.4mol/L，c(CH3OCH3)=0.6mol/L，c(H2O)=0.6mol/L，所以此时浓度商Qc==2.25<100，所以此时平衡正向移动，则正反应速率大于逆反应速率；

②开始加入21molCH3OH，则此时c(CH3OH)=2.1mol/L，设平衡时c(CH3OH)=a，△c(CH3OH)=(2.1-a)mol/L，则根据方程式可知平衡时c(CH3OCH3)=c(H2O)=0.5(2.1-a)mol/L，则有=100，解得a=0.1mol/L；

(3)用淀粉溶液做指示剂，通过褪色时间判断浓度与反应速率的关系，I2应完全反应，蓝色褪去，采取控制变量法，碘水的浓度不变，改变Na2S2O3溶液浓度，②1mL0.001mol•L-1的碘水与③4mL0.01mol•L-1的Na2S2O3溶液、④4mL0.001mol•L-1的Na2S2O3溶液反应，I2都能完全反应；而①1mL0.01mol•L-1的碘水与④4mL0.001mol•L-1的Na2S2O3溶液反应，根据反应方程式可知I2不能完全反应，蓝色不能褪去，无法判断，所以选②③④；

(4)试剂①③进行实验，蓝色褪去时碘完全反应，混合后碘的浓度为=×0.01mol/L，则v(I2)==×0.005mol/(L•s)，根据速率之比等于化学计量数之比，所以v(S2O)=2v(I2)=1.7×10-3mol·L-1·s-1；

(5)A．平衡时各物质浓度不再改变，但Cr2O和CrO的浓度不一定相同，故A不选；

B．反应平衡时正逆反应速率相等，但选项没有注明是正反应还是逆反应速率，故B不选；

C．Cr2O和CrO在溶液中颜色不同，所以未平衡时溶液颜色会发生改变，当颜色不变时说明反应达到平衡，故C选；

综上所述选C。

(6)当c(Cr3+)降至10-5 mol/L，溶液中c(OHˉ)==10-9mol/L，则c(H+)=10-5mol/L，所以pH=5；

(7)Fe作阳极可以被氧化成Fe2+，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+；Fe2+可以将Cr2O还原成Cr3+，阴极上水电离出的氢离子放电：2H++2e-=H2，同时产生氢氧根导致电极附近pH升高。