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(yè)上合成甲醇的兩個反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)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(yīng)2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng)2CH₃OH（g）═C₂H₄ （g）+2H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng)C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ•mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應(yīng)C₂H₄ （g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．
（3）現(xiàn)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(yīng)式為CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑、O₂+4e^?+4H⁺=2H₂O．
②請完成電解池中Cr₂O²?₇轉(zhuǎn)化為Cr³⁺的離子反應(yīng)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(dāng)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(jīng)濟”是指在化學(xué)品合成過程中，所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，原子利用率為100%最經(jīng)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(jù)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(zhì)子交換膜由M電極區(qū)移向N電極區(qū)，則M為負(fù)極、N為正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，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(yīng)，氧氣獲得電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合為水；
②電解池溶液里Cr₂O₇^2-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，F(xiàn)e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(shù)為6，則Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，再結(jié)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(jù)Kw=c（H⁺）×（OH^-）計算溶液中c（H⁺），再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計算．

解答 解：①反應(yīng)I中所用原材料原子均轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，原子利用率為100%最經(jīng)濟，反應(yīng)Ⅰ符合“原子經(jīng)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(jù)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(zhì)子交換膜由M電極區(qū)移向N電極區(qū)，則M為負(fù)極、N為正極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失去電子，生成二氧化碳與氫離子，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e-+H₂O=6H⁺+CO₂↑，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣獲得電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合為水，正極電極反應(yīng)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(zhuǎn)化為Cr³⁺，化合價降低共6價，左側(cè)Fe電極為陽極，F(xiàn)e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(shù)為6，則Cr₂O₇^2-的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，反應(yīng)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(yīng)熱計算、電解原理、氧化還原反應(yīng)配平、溶度積有關(guān)計算等，（3）注意根據(jù)質(zhì)子移動方向判斷電極，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．