Question

【題目】甲醛是一種重要的化工產(chǎn)品，可利用甲醇催化脫氫制備。甲醛與氣態(tài)甲醇之間轉(zhuǎn)化的能量關(guān)系如圖所示。

(1)甲醇催化脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛的反應(yīng)是_______（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)；

(1)過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應(yīng)熱______（填“相同”或“不同”），原因是___________________________________________________________；

(2)寫出甲醇催化脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛的熱化學(xué)方程式

__________________________________________________________；

(3) 甲醇催化脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛的過程中，如果要使反應(yīng)溫度維持在700℃，需向體系中通入空氣，通過計算確定進(jìn)料甲醇與空氣的物質(zhì)的量理論比值為___________________________。（假設(shè)：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－a kJ·mol－1，空氣中氧氣含量為20%）

Answer 1

【答案】吸熱相同一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱僅與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1n(CH3OH)∶n(空氣)＝2a∶5(E2－E1)

【解析】

(1)通過圖示變化可知，反應(yīng)物的總能量小于生成物總能量，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；相對于過程Ⅰ，過程Ⅱ為降低了反應(yīng)活化能，加入了催化劑，但是不影響反應(yīng)的反應(yīng)熱，因為一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱僅與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，所以過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應(yīng)熱相同；綜上所述，本題答案是：吸熱，相同 ，一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱僅與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。

(2) 通過圖象可以看出，反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量低，故為吸熱反應(yīng),反應(yīng)熱=生成物總能量-反應(yīng)物的總能量=(E2－E1) kJ·mol－1，甲醇催化脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛的熱化學(xué)方程式：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1 ；綜上所述，本題答案是：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1。

(3) 反應(yīng)維持在一定溫度持續(xù)進(jìn)行,應(yīng)保證反應(yīng)：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－a kJ·mol－1，放出的熱量恰好被反應(yīng)CH3OH(g)=CH2O(g)+H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1全部利用，即CH3OH反應(yīng)吸收的熱量等于氫氣燃燒放出的熱量，設(shè)需甲醇的物質(zhì)的量為n(CH3OH)，需氧氣的物質(zhì)的量為n(O2),則有: n(CH3OH)×(E2－E1)= n(O2)×2×a，計算得出:甲醇與氧氣的物質(zhì)的量之比n(CH3OH)：n(O2)= 2a：(E2－E1)，根據(jù)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)0.2，即可得出n(CH3OH)：n(空氣)= 2a：5(E2－E1)；因此本題答案是：n(CH3OH)∶n(空氣)＝2a∶5(E2－E1)。