Question

【题目】甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。

I.利用甲醇(CH3OH)制备甲醛

脱氢法：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)脱氢法制甲醛，有利于提高平衡产率的条件有____________。

A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂

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

(3)750K下，在恒容密闭容器中，充入一定量的甲醇，发生反应CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，若起始压强为101kPa，达到平衡转化率为50.0%，则反应的平衡常数Kp=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，忽略其它反应)。

(4)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理如下：

历程i：CH3OH→·H＋·CH2OH

历程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO

历程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO

历程iv：·H＋·H→H2

如图所示为在体积为1L的恒容容器中，投入1molCH3OH，在碳酸钠催化剂作用下，经过5min反应，测得甲醇的转化率(X)与甲醛的选择性(S)与温度的关系(甲醛的选择性：转化的CH3OH中生成HCHO的百分比)，回答下列问题：

①600℃时，5min内甲醛的反应速率为____________。

②650℃－750℃甲醛选择性随温度下降，而甲醇转化率随温度升高的可能原因为________；

③700℃时，历程iii能量～反应过程如图所示，在答卷纸上绘制历程ii的“能量～反应过程”示意图。___________

II.室内甲醛超标会危害人体健康，通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理所示，则工作电极的电极反应式为_____________。

Answer 1

【答案】BC －149.73kJ·mol-1 50.5kPa 0.066mol·L-1·min-1 反应CH3OHCO＋2H2为吸热反应，温度升高平衡正移，CH3OH转化率提高；或该反应随温度升高反应速率加快，CH3OH转化率提高 HCHO－4e-+H2O＝CO2+4H+

【解析】

I．(1)该反应是一个反应前后气体体积增大的吸热反应，减小压强、升高温度都能增大反应物转化率；

(2)根据盖斯定律分析解答；

(3)恒温恒容条件下，压强之比等于其物质的量之比，根据方程式，结合甲醇的转化率计算平衡时的压强和三种气体分压，再结合反应的平衡常数Kp=计算；

(4)①600℃时，5min内甲醇的转化率为55%，根据C原子守恒得n(HCHO) =n(CH3OH)(消耗)×60%=1mol×55%×60%=0.33mol，据此计算v(HCHO)；②升高温度平衡向吸热方向移动；③ii为分解反应，是吸热反应，H原子和CO生成甲醛的反应为放热反应，所以反应ii产物总能量小于反应iii产物总能量；

II．反应中C元素化合价由0价变为+4价，则工作电极为负极，负极上HCHO失电子发生氧化反应。

I．(1) 脱氢法制甲醛的反应为CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) △H1=＋92.09kJ·mol－1，该反应是一个反应前后气体体积增大的吸热反应，减小压强、升高温度都能使平衡正向移动，从而增大反应物转化率，所以提高平衡产率的条件为高温、低压，故选BC；

(2)i．CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) △H1=+92.09kJmol-1，ii.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H3=-483.64kJmol-1，根据盖斯定律，将方程式i+ii得方程式CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2=(+92.09-×483.64)kJ/mol=-149.73kJmol-1，故答案为：-149.73kJmol-1；

(3)恒温恒容条件下，压强之比等于其物质的量之比，设开始时n(CH3OH)=amol，达到平衡状态时甲醇的转化率为50%，则平衡时n(CH3OH)=amol×(1-50%)=0.5amol，根据方程式CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)知，平衡时生成的n(HCHO)=n(H2)=0.5amol，则平衡时混合气体总物质的量=(0.5+0.5+0.5)amol=1.5amol，平衡时压强P=×101kPa=1.5×101kPa，三种气体分压相等，P(CH3OH)=P(HCHO)=P(H2O)=×1.5×101kPa=0.5×101kPa，反应的平衡常数Kp===50.5kPa，故答案为：50.5kPa；

(4)①600℃时，5min内甲醇的转化率为55%，根据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，故答案为：0.066 molL-1min-1；

②升高温度平衡向吸热方向移动，反应CH3OHCO+2H2为吸热反应，温度升高平衡正移，CH3OH转化率提高；或该反应随温度升高反应速率加快，CH3OH转化率提高，故答案为：反应CH3OHCO+2H2为吸热反应，温度升高平衡正移，CH3OH转化率提高；或该反应随温度升高反应速率加快，CH3OH转化率提高；

③ii为分解反应，是吸热反应，H原子和CO生成甲醛的反应为放热反应，所以反应ii产物总能量小于反应iii产物总能量，所以其图像为，故答案为：；

II．根据工作原理图，反应中HCHO 中C元素化合价由0价变为+4价，则工作电极为负极，负极上HCHO失电子发生氧化反应，电极反应式为HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+，故答案为：HCHO-4e-+H2O＝CO2+4H+。