Question

【題目】(1)由工業合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚，涉及以下四個可逆反應:

甲醇合成反應:

(i)CO(g) +2H2(g)==CH3OH(g) △H 1=-90.1kJ·mol-1；

(ii)CO2(g)+3H2(g)== CH3OH(g) +H2O(g) △H2=-49.0kJ·mol-1；

水煤氣變換反應:(iii)CO(g)+ H2O(g)==CO2(g)+ H2(g) △H3=-41.1kJ·mol-1；

二甲醚合成反應:(iv)2CH3OH(g) ==CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H4=-24.5kJ·mol-1；

①由H2和CO直接制備二甲醚(另一產物為水蒸氣)的熱化學方程式為____________________________。根據化學反應原理，分析增大壓強對直接制備二甲醚反應的影響:___________________________________。

②反應( ii )的平衡常數表達式為K=______________。

(2)現以二甲醚燃料電池，采用電解法來處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O72-)，實驗室利用如圖2裝置模擬該法:

①M電板(a為CO2)的電極反應式為________________________；電解池陽極的電極反應式為_______________________________________。

②請寫出電解池中Cr2O72-轉化為Cr3+的離子反應方程式:__________________________。

③已知25 ℃時，Ksp[Cr(OH)3]=6.4×10-31。一般以離子濃度≤1×10-5 mol/L作為該離子除盡的標準。處理廢水時，最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去，當溶液的pH=6時，c(Cr3+)=______，Cr3+ ___ (填“是”或“否”)被除盡。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1 壓強升高使平衡右移，CO和H2轉化率增大，CH3OCH3產率增加，另外壓強升高使CO和H2濃度增加，反應速率增大 c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2) CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+ Fe-2e-=Fe2+ Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O 6.4×10-7mol/L 是

【解析】(1)(i)CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)△H1=-90.1kJ·mol-1； (iv)2CH3OH(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ·mol-1；根據蓋斯定律：i×2+iv得到：2CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1；該反應是氣體體積減小的反應，增加壓強平衡正向進行，反應速率增大，CO和H2轉化率增大，CH3OCH3產率增加，另外壓強升高使CO和H2濃度增加，反應速率增大；正確答案: CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1；壓強升高使平衡右移，CO和H2轉化率增大，CH3OCH3產率增加，另外壓強升高使CO和H2濃度增加，反應速率增大。

②(ii)CO2(g)+3H2(g)== CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ·mol-1；反應(ii)的平衡常數表達式為K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2)；正確答案：c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2)。

(2) ①根據氫離子移動方向，M電板為原電池的負極，甲醚發生氧化反應產生CO2，電極反應式為：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；金屬鐵做陽極，失電子，發生氧化反應, 電極反應式為：Fe-2e-=Fe2+；正確答案：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；Fe-2e-=Fe2+。

②陽極鐵失電子變為亞鐵離子，具有還原性，被Cr2O72-氧化為鐵離子，Cr2O72-本身還原為Cr3+，離子反應方程式: Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O；正確答案：Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O。

③當溶液的pH=6時，c(H+)=10-6mol/L，c(OH-)=10-8mol/L，Ksp[Cr(OH)3]= c(Cr3+)×c3(OH-)=6.4×10-31, c(Cr3+)=6.4×10-31/(10-8)3=6.4×10-7mol/L,如果以離子濃度≤1×10-5mol/L作為該離子除盡的標準，6.4×10-7mol/L<1×10-5mol/L，Cr3+是被除盡；正確答案：6.4×10-7mol/L ；是。