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1.甲醇既可用于基本有機原料,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:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H
?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℃
K2.0410.2700.012
由表中數據判斷反應I為放熱反應(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,達到平衡后,測得c(CO)=0.2mol/L,則CO的轉化率為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 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=(△H1-△H2+4△H3)/2kJ/mol(用△H1、△H2、△H3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O2+4e?+4H+=2H2O.
②請完成電解池中Cr2O72?轉化為Cr3+的離子反應方程式:
Cr2O72?+6Fe2++14H+═2Cr3++6Fe3++7H2O
(4)處理廢水時,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,當c(Cr3+)=1×10?5mol•L-1 時,Cr3+沉淀完全,此時溶液的pH=5.6. (已知,Ksp=6.4×10?31,lg2=0.3)

分析 (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):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
轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%,根據K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$計算平衡常數,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(qū)移向N電極區(qū),則M為負極、N為正極,負極上發(fā)生氧化反應,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,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-)=6.4×10?31計算c(OH-),根據Kw=c(H+)×(OH-)計算溶液中c(H+),再根據pH=-lgc(H+)計算.

解答 解:(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):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轉化率=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%,平衡常數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氫離子由質子交換膜由M電極區(qū)移向N電極區(qū),則M為負極、N為正極,負極上發(fā)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:CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2↑,正極發(fā)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:1;6;14H+;2;6;7H2O;
(4)Ksp=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.

點評 本題考查反應熱計算、電解原理、氧化還原反應配平、溶度積有關計算等,(3)注意根據質子移動方向判斷電極,是對學生綜合能力的考查,難度中等.

練習冊系列答案
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