Question

甲醛(HCHO)俗称蚁醛，是一种重要的化工原料。可通过以下方法将甲醇转化为甲醛。

脱氢法：CH₃OH(g)=HCHO(g)＋H₂(g) ΔH₁＝＋92.09 kJ·mol^－1

氧化法：CH₃OH(g)＋O₂(g)=HCHO(g)＋H₂O(g)ΔH₂

回答下列问题:

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

(2)与脱氢法相比，氧化法在热力学上趋势较大，其原因为________________________________________。

(3)图1为甲醇制备甲醛反应的lg K(K为平衡常数)随温度(T)的变化曲线。曲线_____(填“a”或“b”)对应脱氢法，判断依据是_____________________________________。

(4)将甲醛水溶液与氨水混合蒸发可制得乌洛托品(结构简式如图2)，该物质在医药等工业中有广泛用途。若原料完全反应生成乌洛托品，则甲醛与氨的物质的量之比为___________。

(5)室内甲醛超标会危害人体健康，通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图3所示，则a极的电极反应式为_________________________________________________，当电路中转移4×10^－4 mol电子时，传感器内参加反应的HCHO为________________mg。

Answer

－149.73 kJ·mol－1 脱氢法的反应为吸热反应，氧化法的反应为放热反应，放热反应在热力学上趋势较大 b 脱氢法为吸热反应，温度升高，K增大 3∶2 HCHO＋H2O -4e－ = CO2＋4H＋ 3

【解析】

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

(2)根据热化学反应方程式可知脱氢法焓变大于零为吸热反应，氧化法焓变小于零为放热反应，放热反应在热力学上趋势较大；

(3)脱氢法为吸热反应，温度升高，K增大，所以曲线b对应的是脱氢法；

(4)将甲醛水溶液与氨水混合蒸发可制得乌洛托品，若原料完全反应生成乌洛托品，每个乌洛托品分子中含有6个C原子、4个N原子，每个甲醛分子中含有1个C原子、每个氨气分子中含有1个N原子，根据C原子、N原子守恒知，要形成一个乌洛托品分子需要6个甲醛分子、4个氨气分子，则需要甲醛和氨气分子个数之比=6：4=3：2，即物质的量之比为3:2；

(5)据图可知a极HCHO被氧化生成CO2，则a为原电池负极，失电子发生氧化反应，电极方程式为HCHO＋H2O -4e－ = CO2＋4H＋；根据电极方程式可知转移4×10－4 mol电子时，参与反应的HCHO为1×10－4mol，质量为1×10－4mol×30g/mol=0.003g=3mg。