Question

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“>”、“ =”、“ <”)。

Answer

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。