Question

甲醛是一種重要的化工產品，可利用甲醇催化脫氫制備．甲醛與氣態甲醇轉化的能量關系如圖所示．
（1）甲醇催化脫氫轉化為甲醛的反應是

 

（填“吸熱”和“放熱”）反應．
（2）過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應熱是否相同？

 

，原因是

 

．
（3）寫出甲醇催化脫氫轉化為甲醛的熱化學方程

 

．
（4）甲醇催化脫氫轉化為甲醛的過程中，如果要使反應溫度維持在700℃，需向體系中通入空氣，則進料甲醇與空氣的物質的量理論比值為

 

[假設：H₂（g）+

1

2

O₂（g）

點燃  .

H₂O（g）△H=-a kJ/mol，空氣中氧氣體積分數為0.2]．

Answer 1

考點：熱化學方程式,吸熱反應和放熱反應

專題：

分析：（1）通過比較反應物和生成物的總能量的角度來得出反應吸放熱；
（2）反應熱取決于反應物和生成物的總能量的大小，與起始狀態和反應的最終狀態有關，而與反應的途徑無關；
（3）根據圖象得出反應熱的數值，根據熱化學方程式的書寫方法寫出；
（4）要使反應維持在一定溫度持續進行，應保證反應H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-akJ?mol^-1
放出的熱量恰好被反應CH₃0H（g）=CH₂0（g）+H₂（g）△H₁=（E₂-E₁）kJ?mol^-1全部利用．因此根據反應方程式的關系可知：甲醇與氧氣的物質的量之比為

2a

E2-E1

，根據空氣中氧氣的體積分數0.2，可求得甲醇與空氣的物質的量之比，據此即可解答．

解答： 解：（1）通過圖象可以看出，反應物的總能量比生成物的總能量低，故為吸熱反應，故答案為：吸熱．
（2）一個化學反應的熱效應僅與反應的起始狀態和反應的最終狀態有關，與反應的途徑無關，僅取決于反應物和生成物的總能量的大小，過程Ⅰ與過程Ⅱ的反應熱是相同的，故答案為：相同　一個化學反應的反應熱僅與反應的起始狀態和反應的最終狀態有關，而與反應的途徑無關．
（3）從圖象可以看出，甲醇催化脫氫轉化為甲醛為吸熱反應，而且吸收熱量為（E₂-E₁），故熱化學方程式為：
CH₃OH（g）

催化劑

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

催化劑

HCHO（g）+H₂（g）△H=（E₂-E₁） kJ/mol
（4）反應維持在一定溫度持續進行，應保證反應H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-akJ?mol^-1
放出的熱量恰好被反應CH₃0H（g）=CH₂0（g）+H₂（g）△H₁=（E₂-E₁）kJ?mol^-1全部利用．即CH₃0H反應吸收的熱量等于氫氣燃燒放出的熱量，設需甲醇的物質的量為n（CH₃0H），需氧氣的物質的量為n（O₂），則有：n（CH₃0H）×（E₂-E₁）=n（O₂）×2×a，解得：
甲醇與氧氣的物質的量之比

n(CH30H)

n(O2)

=

2a

E2-E1

，根據空氣中氧氣的體積分數0.2，即可得出

n(CH30H)

n(O2)

=

2a

5(E2-E1)

，故答案為：

2a

5(E2-E1)

點評：本題主要考查了熱化學方程式的書寫和反應熱的計算，理清甲醇和氫氣的熱量關系是解答本題的關鍵，題目難度中等．