Question

8．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）以下是工業上合成甲醇的兩個反應：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
上述反應符合“原子經濟”原則的是I（填“I”或“II”）．
（2）已知在常溫常壓下：
甲醇脫水反應2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構化反應C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．
（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Cr₂O²?₇）時，實驗室利用下圖裝置模擬該法：

①N電極為燃料電池的正極，分別寫出M、N兩電極的電極反應式為CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑、O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O．
②請完成電解池中Cr₂O²?₇轉化為Cr³⁺的離子反應方程式：
1Cr₂O²?₇+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：K_sp=6.4×10?³¹，lg2=0.3）

Answer 1

分析 （1）“原子經濟”是指在化學品合成過程中，所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中，原子利用率為100%最經濟；
（2）已知：①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①-②-③可得：C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g），則△H=△H₁-△H₂-△H₃；
（3）①氫離子由質子交換膜由M電極區移向N電極區，則M為負極、N為正極，負極上發生氧化反應，甲醇失去電子，生成二氧化碳與氫離子，正極發生還原反應，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Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-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）K_sp=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反應I中所用原材料原子均轉化到最終產物中，原子利用率為100%最經濟，反應Ⅰ符合“原子經濟”，故答案為：Ⅰ；
（2）已知：①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①-②-③可得：C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g），則△H=△H₁-△H₂-△H₃=-23.9kJ•mol^-1-（-29.1kJ•mol^-1）-50.7kJ•mol^-1=-45.5kJ•mol^-1，
故答案為：-45.5；
（3）①氫離子由質子交換膜由M電極區移向N電極區，則M為負極、N為正極，負極上發生氧化反應，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：正；CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑；O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O；
②電解池溶液里Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-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Cr₂O₇^2-的系數為1，Fe²⁺的系數為6，反應離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：1；6；14H⁺；2；6；7；
（4）K_sp=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．