Question

【題目】甲醛在木材加工、醫(yī)藥等方面有重要用途。

I.利用甲醇(CH3OH)制備甲醛

脫氫法：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) △H1=＋92.09kJ·mol-1

氧化法：CH3OH(g)＋1/2O2(g)HCHO(g)＋H2O(g) △H2

(1)脫氫法制甲醛，有利于提高平衡產(chǎn)率的條件有____________。

A.低溫 B.高溫 C.低壓 D.高壓 E.催化劑

(2)已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) △H3=－483.64kJ·mol－1，則△H2=________。

(3)750K下，在恒容密閉容器中，充入一定量的甲醇，發(fā)生反應(yīng)CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，若起始?jí)簭?qiáng)為101kPa，達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率為50.0%，則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=__________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，忽略其它反應(yīng))。

(4)Na2CO3是甲醇脫氫制甲醛的催化劑，有研究指出，催化反應(yīng)的部分機(jī)理如下：

歷程i：CH3OH→·H＋·CH2OH

歷程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO

歷程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO

歷程iv：·H＋·H→H2

如圖所示為在體積為1L的恒容容器中，投入1molCH3OH，在碳酸鈉催化劑作用下，經(jīng)過(guò)5min反應(yīng)，測(cè)得甲醇的轉(zhuǎn)化率(X)與甲醛的選擇性(S)與溫度的關(guān)系(甲醛的選擇性：轉(zhuǎn)化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，回答下列問(wèn)題：

①600℃時(shí)，5min內(nèi)甲醛的反應(yīng)速率為____________。

②650℃－750℃甲醛選擇性隨溫度下降，而甲醇轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的可能原因?yàn)?/span>________；

③700℃時(shí)，歷程iii能量～反應(yīng)過(guò)程如圖所示，在答卷紙上繪制歷程ii的“能量～反應(yīng)過(guò)程”示意圖。___________

II.室內(nèi)甲醛超標(biāo)會(huì)危害人體健康，通過(guò)傳感器可以監(jiān)測(cè)空氣中甲醛的含量。一種燃料電池型甲醛氣體傳感器的原理所示，則工作電極的電極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】BC －149.73kJ·mol-1 50.5kPa 0.066mol·L-1·min-1 反應(yīng)CH3OHCO＋2H2為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正移，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高；或該反應(yīng)隨溫度升高反應(yīng)速率加快，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高 HCHO－4e-+H2O＝CO2+4H+

【解析】

I．(1)該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，減小壓強(qiáng)、升高溫度都能增大反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率；

(2)根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(3)恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，根據(jù)方程式，結(jié)合甲醇的轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)的壓強(qiáng)和三種氣體分壓，再結(jié)合反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=計(jì)算；

(4)①600℃時(shí)，5min內(nèi)甲醇的轉(zhuǎn)化率為55%，根據(jù)C原子守恒得n(HCHO) =n(CH3OH)(消耗)×60%=1mol×55%×60%=0.33mol，據(jù)此計(jì)算v(HCHO)；②升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)；③ii為分解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，H原子和CO生成甲醛的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)ii產(chǎn)物總能量小于反應(yīng)iii產(chǎn)物總能量；

II．反應(yīng)中C元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?4價(jià)，則工作電極為負(fù)極，負(fù)極上HCHO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。

I．(1) 脫氫法制甲醛的反應(yīng)為CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) △H1=＋92.09kJ·mol－1，該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，減小壓強(qiáng)、升高溫度都能使平衡正向移動(dòng)，從而增大反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，所以提高平衡產(chǎn)率的條件為高溫、低壓，故選BC；

(2)i．CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) △H1=+92.09kJmol-1，ii.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=-483.64kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，將方程式i+ii得方程式CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2=(+92.09-×483.64)kJ/mol=-149.73kJmol-1，故答案為：-149.73kJmol-1；

(3)恒溫恒容條件下，壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，設(shè)開(kāi)始時(shí)n(CH3OH)=amol，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時(shí)n(CH3OH)=amol×(1-50%)=0.5amol，根據(jù)方程式CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)知，平衡時(shí)生成的n(HCHO)=n(H2)=0.5amol，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量=(0.5+0.5+0.5)amol=1.5amol，平衡時(shí)壓強(qiáng)P=×101kPa=1.5×101kPa，三種氣體分壓相等，P(CH3OH)=P(HCHO)=P(H2O)=×1.5×101kPa=0.5×101kPa，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp===50.5kPa，故答案為：50.5kPa；

(4)①600℃時(shí)，5min內(nèi)甲醇的轉(zhuǎn)化率為55%，根據(jù)C原子守恒得n(HCHO)=n(CH3OH)(消耗)×60%=1mol×55%×60%=0.33mol，v(HCHO)==0.066 molL-1min-1，故答案為：0.066 molL-1min-1；

②升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，反應(yīng)CH3OHCO+2H2為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正移，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高；或該反應(yīng)隨溫度升高反應(yīng)速率加快，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高，故答案為：反應(yīng)CH3OHCO+2H2為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正移，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高；或該反應(yīng)隨溫度升高反應(yīng)速率加快，CH3OH轉(zhuǎn)化率提高；

③ii為分解反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，H原子和CO生成甲醛的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)ii產(chǎn)物總能量小于反應(yīng)iii產(chǎn)物總能量，所以其圖像為，故答案為：；

II．根據(jù)工作原理圖，反應(yīng)中HCHO 中C元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?4價(jià)，則工作電極為負(fù)極，負(fù)極上HCHO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+，故答案為：HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+。