Question

【題目】甲醛在木材加工、醫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，發生反應CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，若起始壓強為101kPa，達到平衡轉化率為50.0%，則反應的平衡常數Kp=__________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，忽略其它反應)。

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

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，經過5min反應，測得甲醇的轉化率(X)與甲醛的選擇性(S)與溫度的關系(甲醛的選擇性：轉化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，回答下列問題：

①600℃時，5min內甲醛的反應速率為____________。

②650℃－750℃甲醛選擇性隨溫度下降，而甲醇轉化率隨溫度升高的可能原因為________；

③700℃時，歷程iii能量～反應過程如圖所示，在答卷紙上繪制歷程ii的“能量～反應過程”示意圖。___________

II.室內甲醛超標會危害人體健康，通過傳感器可以監測空氣中甲醛的含量。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式為_____________。

Answer 1

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

【解析】

I．(1)該反應是一個反應前后氣體體積增大的吸熱反應，減小壓強、升高溫度都能增大反應物轉化率；

(2)根據蓋斯定律分析解答；

(3)恒溫恒容條件下，壓強之比等于其物質的量之比，根據方程式，結合甲醇的轉化率計算平衡時的壓強和三種氣體分壓，再結合反應的平衡常數Kp=計算；

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

II．反應中C元素化合價由0價變為+4價，則工作電極為負極，負極上HCHO失電子發生氧化反應。

I．(1) 脫氫法制甲醛的反應為CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) △H1=＋92.09kJ·mol－1，該反應是一個反應前后氣體體積增大的吸熱反應，減小壓強、升高溫度都能使平衡正向移動，從而增大反應物轉化率，所以提高平衡產率的條件為高溫、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，壓強之比等于其物質的量之比，設開始時n(CH3OH)=amol，達到平衡狀態時甲醇的轉化率為50%，則平衡時n(CH3OH)=amol×(1-50%)=0.5amol，根據方程式CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)知，平衡時生成的n(HCHO)=n(H2)=0.5amol，則平衡時混合氣體總物質的量=(0.5+0.5+0.5)amol=1.5amol，平衡時壓強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，反應的平衡常數Kp===50.5kPa，故答案為：50.5kPa；

(4)①600℃時，5min內甲醇的轉化率為55%，根據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，反應CH3OHCO+2H2為吸熱反應，溫度升高平衡正移，CH3OH轉化率提高；或該反應隨溫度升高反應速率加快，CH3OH轉化率提高，故答案為：反應CH3OHCO+2H2為吸熱反應，溫度升高平衡正移，CH3OH轉化率提高；或該反應隨溫度升高反應速率加快，CH3OH轉化率提高；

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

II．根據工作原理圖，反應中HCHO 中C元素化合價由0價變為+4價，則工作電極為負極，負極上HCHO失電子發生氧化反應，電極反應式為HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+，故答案為：HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+。