Question

【题目】甲醛是一种重要的化工产品，可利用甲醇催化脱氢制备。甲醛与气态甲醇之间转化的能量关系如图所示。

(1)甲醇催化脱氢转化为甲醛的反应是_______（填“吸热”或“放热”）反应；

(1)过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热______（填“相同”或“不同”），原因是___________________________________________________________；

(2)写出甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学方程式

__________________________________________________________；

(3) 甲醇催化脱氢转化为甲醛的过程中，如果要使反应温度维持在700℃，需向体系中通入空气，通过计算确定进料甲醇与空气的物质的量理论比值为___________________________。（假设：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－a kJ·mol－1，空气中氧气含量为20%）

Answer 1

【答案】吸热相同一个化学反应的反应热仅与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1n(CH3OH)∶n(空气)＝2a∶5(E2－E1)

【解析】

(1)通过图示变化可知，反应物的总能量小于生成物总能量，该反应为吸热反应；相对于过程Ⅰ，过程Ⅱ为降低了反应活化能，加入了催化剂，但是不影响反应的反应热，因为一个化学反应的反应热仅与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关，所以过程Ⅰ与过程Ⅱ的反应热相同；综上所述，本题答案是：吸热，相同 ，一个化学反应的反应热仅与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

(2) 通过图象可以看出，反应物的总能量比生成物的总能量低，故为吸热反应,反应热=生成物总能量-反应物的总能量=(E2－E1) kJ·mol－1，甲醇催化脱氢转化为甲醛的热化学方程式：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1 ；综上所述，本题答案是：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1。

(3) 反应维持在一定温度持续进行,应保证反应：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g)　 ΔH＝－a kJ·mol－1，放出的热量恰好被反应CH3OH(g)=CH2O(g)+H2(g) ΔH＝＋(E2－E1) kJ·mol－1全部利用，即CH3OH反应吸收的热量等于氢气燃烧放出的热量，设需甲醇的物质的量为n(CH3OH)，需氧气的物质的量为n(O2),则有: n(CH3OH)×(E2－E1)= n(O2)×2×a，计算得出:甲醇与氧气的物质的量之比n(CH3OH)：n(O2)= 2a：(E2－E1)，根据空气中氧气的体积分数0.2，即可得出n(CH3OH)：n(空气)= 2a：5(E2－E1)；因此本题答案是：n(CH3OH)∶n(空气)＝2a∶5(E2－E1)。