Question

【題目】甲醛(HCHO)俗稱蟻醛，是一種重要的化工原料。可通過以下方法將甲醇轉化為甲醛。

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

氧化法：CH3OH(g)＋O2(g)=HCHO(g)＋H2O(g)ΔH2

回答下列問題:

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

(2)與脫氫法相比，氧化法在熱力學上趨勢較大，其原因為________________________________________。

(3)圖1為甲醇制備甲醛反應的lg K(K為平衡常數)隨溫度(T)的變化曲線。曲線_____(填“a”或“b”)對應脫氫法，判斷依據是_____________________________________。

(4)將甲醛水溶液與氨水混合蒸發可制得烏洛托品(結構簡式如圖2)，該物質在醫藥等工業中有廣泛用途。若原料完全反應生成烏洛托品，則甲醛與氨的物質的量之比為___________。

(5)室內甲醛超標會危害人體健康，通過傳感器可以監測空氣中甲醛的含量。一種燃料電池型甲醛氣體傳感器的原理如圖3所示，則a極的電極反應式為_________________________________________________，當電路中轉移4×10－4 mol電子時，傳感器內參加反應的HCHO為________________mg。

Answer 1

【答案】－149.73 kJ·mol－1 脫氫法的反應為吸熱反應，氧化法的反應為放熱反應，放熱反應在熱力學上趨勢較大 b 脫氫法為吸熱反應，溫度升高，K增大 3∶2 HCHO＋H2O -4e－ = CO2＋4H＋ 3

【解析】

(1)已知i．CH3OH(g)═HCHO(g)+H2(g)△H1=+92.09kJmol-1
ii.2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3=-483.64kJmol-1，
根據蓋斯定律i+ii得方程式CH3OH(g)+O2(g)=HCHO(g)+H2O(g)△H2=(+92.09-×483.64)kJ/mol=-149.73kJmol-1；

(2)根據熱化學反應方程式可知脫氫法焓變大于零為吸熱反應，氧化法焓變小于零為放熱反應，放熱反應在熱力學上趨勢較大；

(3)脫氫法為吸熱反應，溫度升高，K增大，所以曲線b對應的是脫氫法；

(4)將甲醛水溶液與氨水混合蒸發可制得烏洛托品，若原料完全反應生成烏洛托品，每個烏洛托品分子中含有6個C原子、4個N原子，每個甲醛分子中含有1個C原子、每個氨氣分子中含有1個N原子，根據C原子、N原子守恒知，要形成一個烏洛托品分子需要6個甲醛分子、4個氨氣分子，則需要甲醛和氨氣分子個數之比=6：4=3：2，即物質的量之比為3:2；

(5)據圖可知a極HCHO被氧化生成CO2，則a為原電池負極，失電子發生氧化反應，電極方程式為HCHO＋H2O -4e－ = CO2＋4H＋；根據電極方程式可知轉移4×10－4 mol電子時，參與反應的HCHO為1×10－4mol，質量為1×10－4mol×30g/mol=0.003g=3mg。