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【题目】甲醛(HCHO)在化工、医药、农药等方面有广泛的应用。利用甲醛一定条件下直接脱氢可制甲醛,反应方程式:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g) △H1

实验测得随温度升高,平衡常数如下表所示。

温度(K)

500

700

T1

T2

T3

平衡常数

7.13×10-4

3.30×10-1

2.00

9.00

10.00

(1)甲醛分子中所有原了都达到稳定结构,甲醛的电子式为_____________。

(2) 若在恒温恒压容器中进行上述反应,可判断反应到达平衡状态的是_______________。

A.混合气体的密度不变

B.CH3OH、HCHO的物质的量浓度之比为1:1

C.H2的体积分数不再改变

D.单位时间内甲醛的生成量与氢气的消耗量相等

(3)T1时,CH3OH、HCHO、H2 起始浓度(mol·L-1)分别为1.0、0.50 、1.0,反应达到平衡时,HCHO 的体积分数___________20% (填“>”、“ =”、“ <”)。

(4)工业上采用膜分离器(对氢气具有很高的选择性和透过率)催化脱氢,装置如下图。为探究转化率变化,分别在普通反应器和膜反应器中,改变原料气压强,控制相同温度,经过相同反应时间,测定甲醇转化率,实验结果如下图。

①A点:v正______v逆(填“>”、“ =”、“ <”),理由是____________;

②B点比A点转化率高的原因是_______________。

(5)体系中加入一定量氧气有利于甲醛的生成。反应体系中存在下列反应:

CH3OH(g)+1/2O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2

H2(g)+12O2(g)H2O(g) △H3

则△H2、△H3的大小关系是△H2________△H3(填“>”、“ =”、“ <”)。

【答案】 ACD > > 该反应为气体分子数增加的反应,若平衡后增大压强甲醇转化率应下降,故A点未达到平衡 采用膜反应器可及时分离出产物中的氢气,有利于反应正向进行,提高甲醇的转化率 >

【解析】本题主要考查影响化学平衡的外界条件及平衡状态的判断 。

(1)甲醛分子中所有原了都达到稳定结构,甲醛的电子式为。

(2)A.气体质量守恒,气体体积随着反应进行而改变,气体密度也随之改变,当混合气体的密度不变时,可判断反应到达平衡状态;B.CH3OH、HCHO的物质的量浓度之比与平衡状态之间没有关系;C.H2的体积分数随着反应进行而改变,当H2的体积分数不再改变时,可判断反应到达平衡状态;D.单位时间内甲醛的生成量与氢气的消耗量相等,正反应速率等于逆反应速率,可判断反应到达平衡状态。故选ACD。

(3)T1时,CH3OH、HCHO、H2起始浓度(mol·L-1)分别为1.0、0.50、1.0,此时,HCHO的体积分数=20%,浓度商Q=0.50×1.0/1.0=0.50<平衡常数K=2.00,所以反应达到平衡时,HCHO的体积分数>20%。

(4)①A点:v正>v逆,理由是;该反应为气体分子数增加的反应,若平衡后增大压强甲醇转化率应下降,故A点未达到平衡。

②B点比A点转化率高的原因是采用膜反应器可及时分离出产物中的氢气,有利于反应正向进行,提高甲醇的转化率。

(5)反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)的平衡常数随着温度升高而增大,所以 △H1>0。

△H2+△H3=△H1>0,△H3<0,则△H2>△H3。

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