Question

【题目】甲醛（HCHO）在化工、医药、农药等方面有广泛的应用。

Ⅰ．利用甲醇（CH3HO）制备甲醛

脱氢法：CH3OH（g） HCHO（g）+H2 (g) ΔH1=+92.09kJ·mol -1

氧化法：CH3OH（g）+1/2O2（g）HCHO（g）+H2O（g） ΔH2

（1）脱氢法制甲醛，有利于提高平衡产率的条件有________ （写出一条）。

（2）已知：2 H2（g） + O2（g）= 2H2O（g） ΔH3=-483.64kJ·mol -1，则ΔH2=________________。

（3）750K 下，在恒容密闭容器中，充入一定量的甲醇，发生脱氢法反应，若起始压强为P0，达到平衡时转化率为40.0% ，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是脱氢法反应的催化剂，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1mol CH3OH，在碳酸钠催化剂作用下，经过10min反应，测得甲醇的转化率（X）与甲醇的选择性（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，前10min内甲醛的平均速率为v（HCHO）=______

②从平衡角度分析550℃- 650℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因为______；

③反应历程i的活化能______（填“>”“<” 或“=”）CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）活化能。

④650℃- 750℃反应历程ii的速率_______（填“>”“<” 或“=”）反应历程iii的速率。

Ⅱ．甲醛超标会危害人体健康，需对甲醛含量检测及处理。

某甲醛气体探测仪利用燃料电池工作原理，b电极反应方程式为________。

Answer 1

【答案】升高温度或降低压强 -149.73 kJ·mol -1 0.033mol/(L·min) 甲醇脱氢为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行 ＜ ＜ HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+

【解析】

Ⅰ．（1）脱氢法制甲醛，CH3OH（g） HCHO（g）+H2 ΔH1=+92.09kJ·mol -1，由于该反应的正反应是吸热反应，所以可以升高温度，使平衡正向移动，从而提高甲醛的产率；又由于该反应的正反应是体积增大的反应，所以可以降低压强使平衡正向移动，也可以提高甲醛的产率。故答案为升高温度或降低压强。

（2）根据①CH3OH（g） HCHO（g）+H2 (g) ΔH1=+92.09kJ·mol -1和②2 H2（g） + O2（g）= 2H2O（g） ΔH3=-483.64kJ·mol -1，①+②÷2即可得到反应CH3OH（g）+1/2O2（g）HCHO（g）+H2O（g），ΔH2=+92.09kJ·mol -1+（-483.64kJ·mol -1）÷2=-149.73 kJ·mol -1。

（3）用三段式解答：起始压强为P0，达到平衡时转化率为40.0% ，则

则反应的中衡常数Kp==。

（4）①600℃时，前10min内甲醇的物质的量变化为1mol×55%×60%=0.33mol，容器体积为1L，所以平均速率为v（CH3OH）=0.033mol/(L·min)。用不同物质表示的速率之比等于方程式的化学计量数之比，根据化学方程式，所以v（HCHO）=0.033mol/(L·min)。

②甲醛脱氢反应为吸热反应，在550℃- 650℃升高温度，有利于反应正向进行，所以甲醇生成甲醛的转化率随温度升高而增大。

③由盖斯定律可知，ⅰ+ⅱ+ⅳ得到目标方程式CH3OH（g） HCHO（g）+H2 (g)，前两个历程化学键断裂吸收能量，历程ⅳ自由基结合放出能量，而总反应是吸热反应，因此反应历程i的活化能小于总反应的活化能。

④由图可知，在650℃- 750℃，随着温度升高，甲醇的转化率增大，但选择性却降低，说明甲醇更多的转化为CO，历程ⅲ的反应速率较大，因此反应历程ii的速率小于反应历程iii的速率。

Ⅱ．在燃料电池中，通入燃料的一极是负极，所以b为负极，甲醛在负极失去电子生成CO2，电解质溶液是酸性的，所以电极反应方程式为HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+。