Question

5．將CO₂轉化為甲醇可以有效利用資源，同時又可控制溫室氣體，原理為：CO₂+3H₂$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH+H₂O

（1）由圖1所示的能量變化，寫出將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（2）一定溫度下，若上述制備甲醇的反應在體積為2L的密閉容器中進行并保持溫度不變，起始時投入1  mol CO₂、4mol H₂，達到平衡時H₂與CO₂的物質的量之比為8：1，CO₂的轉化率是80%．
（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Cr₂O₇^2-）時，實驗室利用圖2裝置模擬該法：
①M區(qū)發(fā)生反應的電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺．
②已知電解池溶液里Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺，該反應的離子方程式Cr₂O₇^2-+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，溶液的pH5.6．（已知Ksp．[Cr（ OH）₃]=6.4xl0^-31，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （1）根據圖1中能量變化，可得熱化學方程式為：①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，
根據蓋斯定律，②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）；
（2）假設轉化的CO₂為xmol，由方程式可知轉化的氫氣為3xmol，故平衡時CO₂為（1-x）mol、氫氣為（4-3x）mol，再根據平衡時H₂與CO₂的物質的量之比為8：1列方程計算解答；
（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；
②電解池溶液里Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺，左側Fe電極為陽極，Fe失去電子生成Fe²⁺，酸性條件Fe²⁺將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，自身被氧化為Fe³⁺，同時生成水；
（4）根據Ksp[Cr（ OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×l0^-31計算溶液中c（OH^-），再根據Kw計算溶液中c（H⁺），溶液pH=-lgc（H⁺）．

解答 解：（1）根據圖1中能量變化，可得熱化學方程式為：
①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41kJ/mol，
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，
根據蓋斯定律，②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）假設轉化的CO₂為xmol，由方程式可知轉化的氫氣為3xmol，故平衡時CO₂為（1-x）mol、氫氣為（4-3x）mol，平衡時H₂與CO₂的物質的量之比為8：1，則（4-3x）：（1-x）=8：1，解得x=0.8，故CO₂的轉化率是$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，故答案為：80%；
（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，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺；
②電解池溶液里Cr₂O₇^2-轉化為Cr³⁺，左側Fe電極為陽極，Fe失去電子生成Fe²⁺，酸性條件Fe²⁺將Cr₂O₇^2-還原為Cr³⁺，自身被氧化為Fe³⁺，同時生成水，反應離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）溶液中c（Cr³⁺）=l0^-5mol/L時沉淀完全，Ksp[Cr（ OH）₃]=c（Cr³⁺）×c³（OH^-）=6.4×l0^-31，則溶液中c（OH^-）=4×l0^-9，故溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4×1{0}^{-9}}$mol/L=2.5×l0^-6mol/L，則pH=-lgc（H⁺）=5.6，
故答案為：5.6

點評 本題考查化學平衡計算、熱化學方程式書寫、電化學、溶度積有關計算等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．