Question

(1)由工业合成气(组成为H₂、CO和少量的CO₂)直接制备二甲醚，涉及以下四个可逆反应:

甲醇合成反应:

(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；

水煤气变换反应:(iii)CO(g)+ H₂O(g)=CO₂(g)+ H₂(g) △H₃=-41.1kJ·mol^-1；

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

①由H₂和CO直接制备二甲醚(另一产物为水蒸气)的热化学方程式为____________________________。根据化学反应原理，分析增大压强对直接制备二甲醚反应的影响:___________________________________。

②反应( ii )的平衡常数表达式为K=______________。

(2)现以二甲醚燃料电池，采用电解法来处理酸性含铬废水(主要含有Cr₂O₇^2-)，实验室利用如图2装置模拟该法:

①M电板(a为CO₂)的电极反应式为________________________；电解池阳极的电极反应式为_______________________________________。

②请写出电解池中Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺的离子反应方程式:__________________________。

③已知25 ℃时，Ksp[Cr(OH)₃]=6.4×10^-31。一般以离子浓度≤1×10^-5 mol/L作为该离子除尽的标准。处理废水时，最后Cr³⁺以Cr(OH)₃形式除去，当溶液的pH=6时，c(Cr³⁺)=______，Cr³⁺ ___ (填“是”或“否”)被除尽。

Answer

2CO(g)+4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1 压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加，另外压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大 CH3OCH3+3H2O-12e- =2CO2+12H+ Fe-2e-=Fe2+ Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O 6.4×10-7mol/L 是

【解析】

根据盖斯定律进行有关反应热的计算；根据原电池原理分析电极反应；根据电解原理分析相关问题；根据溶度积常数进行相关的计算和判断。

(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；根据盖斯定律：i×2+iv得到：2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1；该反应是气体体积减小的反应，增加压强平衡正向进行，反应速率增大，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加，另外压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大；正确答案: CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H =-204.7kJ·mol-1；压强升高使平衡右移，CO和H2转化率增大，CH3OCH3产率增加，另外压强升高使CO和H2浓度增加，反应速率增大。

②(ii)CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(g)+H2O(g) △H2=-49.0kJ·mol-1；反应( ii )的平衡常数表达式为K=；正确答案：。

(2) ①根据氢离子移动方向，M电板为原电池的负极，甲醚发生氧化反应产生CO2，电极反应式为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；金属铁做阳极，失电子，发生氧化反应, 电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+；正确答案：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+；Fe-2e-=Fe2+。

②阳极铁失电子变为亚铁离子，具有还原性，被Cr2O72-氧化为铁离子，Cr2O72-本身还原为Cr3+，离子反应方程式: Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；正确答案：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。

③当溶液的pH=6时，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,如果以离子浓度≤1×10-5mol/L作为该离子除尽的标准，6.4×10-7mol/L<1×10-5mol/L，Cr3+是被除尽；正确答案：6.4×10-7mol/L ；是。