Question

甲醛是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备．甲醛与气态甲醇转化的能量关系如图所示．
（1）甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是

 

（填“吸热”和“放热”）反应．
（2）过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是否相同？

 

，原因是

 

．
（3）写出甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学方程

 

．
（4）甲醇催化脱氢转化为甲醛的过程中，如果要使反应温度维持在700℃，需向体系中通入空气，则进料甲醇与空气的物质的量理论比值为

 

[假设：H₂（g）+

1

2

O₂（g）

点燃  .

H₂O（g）△H=-a kJ/mol，空气中氧气体积分数为0.2]．

Answer 1

考点：热化学方程式,吸热反应和放热反应

专题：

分析：（1）通过比较反应物和生成物的总能量的角度来得出反应吸放热；
（2）反应热取决于反应物和生成物的总能量的大小，与起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关；
（3）根据图象得出反应热的数值，根据热化学方程式的书写方法写出；
（4）要使反应维持在一定温度持续进行，应保证反应H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-akJ?mol^-1
放出的热量恰好被反应CH₃0H（g）=CH₂0（g）+H₂（g）△H₁=（E₂-E₁）kJ?mol^-1全部利用．因此根据反应方程式的关系可知：甲醇与氧气的物质的量之比为

2a

E2-E1

，根据空气中氧气的体积分数0.2，可求得甲醇与空气的物质的量之比，据此即可解答．

解答： 解：（1）通过图象可以看出，反应物的总能量比生成物的总能量低，故为吸热反应，故答案为：吸热．
（2）一个化学反应的热效应仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，与反应的途径无关，仅取决于反应物和生成物的总能量的大小，过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热是相同的，故答案为：相同　一个化学反应的反应热仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关．
（3）从图象可以看出，甲醇催化脱氢转化为甲醛为吸热反应，而且吸收热量为（E₂-E₁），故热化学方程式为：
CH₃OH（g）

催化剂

HCHO（g）+H₂（g）△H=（E₂-E₁） kJ/mol，故答案为：CH₃OH（g）

催化剂

HCHO（g）+H₂（g）△H=（E₂-E₁） kJ/mol
（4）反应维持在一定温度持续进行，应保证反应H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-akJ?mol^-1
放出的热量恰好被反应CH₃0H（g）=CH₂0（g）+H₂（g）△H₁=（E₂-E₁）kJ?mol^-1全部利用．即CH₃0H反应吸收的热量等于氢气燃烧放出的热量，设需甲醇的物质的量为n（CH₃0H），需氧气的物质的量为n（O₂），则有：n（CH₃0H）×（E₂-E₁）=n（O₂）×2×a，解得：
甲醇与氧气的物质的量之比

n(CH30H)

n(O2)

=

2a

E2-E1

，根据空气中氧气的体积分数0.2，即可得出

n(CH30H)

n(O2)

=

2a

5(E2-E1)

，故答案为：

2a

5(E2-E1)

点评：本题主要考查了热化学方程式的书写和反应热的计算，理清甲醇和氢气的热量关系是解答本题的关键，题目难度中等．