Question

【題目】甲醛（HCHO）在化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等方面有廣泛的應(yīng)用。

Ⅰ．利用甲醇（CH3HO）制備甲醛

脫氫法：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）脫氫法制甲醛，有利于提高平衡產(chǎn)率的條件有________ （寫出一條）。

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

（3）750K 下，在恒容密閉容器中，充入一定量的甲醇，發(fā)生脫氫法反應(yīng)，若起始?jí)簭?qiáng)為P0，達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率為40.0% ，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是脫氫法反應(yīng)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1mol CH3OH，在碳酸鈉催化劑作用下，經(jīng)過(guò)10min反應(yīng)，測(cè)得甲醇的轉(zhuǎn)化率（X）與甲醇的選擇性（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）。回答下列問題：

①600℃時(shí)，前10min內(nèi)甲醛的平均速率為v（HCHO）=______

②從平衡角度分析550℃- 650℃甲醇生成甲醛的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的原因?yàn)?/span>______；

③反應(yīng)歷程i的活化能______（填“>”“<” 或“=”）CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）活化能。

④650℃- 750℃反應(yīng)歷程ii的速率_______（填“>”“<” 或“=”）反應(yīng)歷程iii的速率。

Ⅱ．甲醛超標(biāo)會(huì)危害人體健康，需對(duì)甲醛含量檢測(cè)及處理。

某甲醛氣體探測(cè)儀利用燃料電池工作原理，b電極反應(yīng)方程式為________。

Answer 1

【答案】升高溫度或降低壓強(qiáng) -149.73 kJ·mol -1 0.033mol/(L·min) 甲醇脫氫為吸熱反應(yīng)，升高溫度，有利于脫氫反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行 ＜ ＜ HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+

【解析】

Ⅰ．（1）脫氫法制甲醛，CH3OH（g） HCHO（g）+H2 ΔH1=+92.09kJ·mol -1，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以可以升高溫度，使平衡正向移動(dòng)，從而提高甲醛的產(chǎn)率；又由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，所以可以降低壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)，也可以提高甲醛的產(chǎn)率。故答案為升高溫度或降低壓強(qiáng)。

（2）根據(jù)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即可得到反應(yīng)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?jí)簭?qiáng)為P0，達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率為40.0% ，則

則反應(yīng)的中衡常數(shù)Kp==。

（4）①600℃時(shí)，前10min內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量變化為1mol×55%×60%=0.33mol，容器體積為1L，所以平均速率為v（CH3OH）=0.033mol/(L·min)。用不同物質(zhì)表示的速率之比等于方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，根據(jù)化學(xué)方程式，所以v（HCHO）=0.033mol/(L·min)。

②甲醛脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，在550℃- 650℃升高溫度，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，所以甲醇生成甲醛的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大。

③由蓋斯定律可知，ⅰ+ⅱ+ⅳ得到目標(biāo)方程式CH3OH（g） HCHO（g）+H2 (g)，前兩個(gè)歷程化學(xué)鍵斷裂吸收能量，歷程ⅳ自由基結(jié)合放出能量，而總反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)歷程i的活化能小于總反應(yīng)的活化能。

④由圖可知，在650℃- 750℃，隨著溫度升高，甲醇的轉(zhuǎn)化率增大，但選擇性卻降低，說(shuō)明甲醇更多的轉(zhuǎn)化為CO，歷程ⅲ的反應(yīng)速率較大，因此反應(yīng)歷程ii的速率小于反應(yīng)歷程iii的速率。

Ⅱ．在燃料電池中，通入燃料的一極是負(fù)極，所以b為負(fù)極，甲醛在負(fù)極失去電子生成CO2，電解質(zhì)溶液是酸性的，所以電極反應(yīng)方程式為HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+。