Question

甲醛(HCHO)俗称蚁醛,是一种重要的有机原料。

I.利用甲醇(CH₃OH)制备甲醛

脱氢法:CH₃OH(g)=HCHO(g)+H₂(g) △H₁ = +92.09kJ/mol

氧化法:CH₃OH(g) +1/2O₂(g)=HCHO(g)+H₂O(g) △H₂

(1)已知:2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   △H₃=-483.64 kJ/mol，则△H₂=_______。

(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,判断依据为_________________。

II.甲醛的用途

(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)将甲醛水溶液与硫酸镍(NiSO₄)混合，可用于化学镀镍。若反应过程中有CO₂产生，则该反应的离子方程式为____________________。

Ⅲ.甲醛的检测

(6)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b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

-149.73kJ/mol 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 脱氢吸热 3:2 2Ni2++HCHO+H2O=2Ni+CO2↑+4H+ O2+4e-+4H+=2H2O 3

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2)放热反应的热力学趋势大；

(3)脱氢法：CH3OH（g）═HCHO（g）+H2（g）△H1=+92.09 kJ•mol-1，反应为吸热反应升温平衡常数增大，lg K增大；

(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，根据C原子、N原子守恒判断甲醛和氨的物质的量之比，据此进行计算；

(5)甲醛与硫酸镍发生氧化还原反应，析出Ni单质，甲醛被氧化为CO2，据氧化还原反应反应规律书写方程式；

(6)反应中C元素化合价由0价变为+4价，则工作电极为负极，负极上HCHO失电子发生氧化反应，结合电极反应电子守恒计算。

(1)脱氢法：①CH3OH（g）═HCHO（g）+H2（g）△H1=+92.09 kJ•mol-1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H3=-483.64 kJ•mol-1；盖斯定律计算①+②得到：CH3OH（g）+O2（g）═HCHO（g）+H2O（g）△H2=-149.73KJ/mol；

故答案为：-149.73KJ/mol；

(2)脱氢法为吸热反应，氧化法为放热反应，放热反应的热力学趋势大；

故答案为：脱氢法为吸热反应，氧化法为放热反应，放热反应的热力学趋势大；

(3)脱氢法的反应为吸热反应，随着温度升高，平衡向右移动，平衡常数增大，故曲线b对应脱氢法；

故答案为：b；脱氢吸热；

(4)每个乌洛托品分子中含有6个C原子，4个N原子，根据原子守恒可知，要形成1个乌洛托品分子，需要6个甲醛分子、4个氨气分子，则需要甲醛和氨气的分子个数之比为6∶4，即3∶2。分子数之比等于物质的量之比，所以甲醛与氨的物质的量之比为3∶2；

故答案为3∶2；

(5)将甲醛水溶液与硫酸镍(NiSO4)混合，可用于化学镀镍，则甲醛与硫酸镍发生氧化还原反应，析出Ni单质，甲醛被氧化为CO2，Ni元素化合价由+2价降低到0价，甲醛中C元素由0价升高到+4价，NiSO4与HCHO的系数比为2∶1，根据化合价升降守恒配平得离子方程式为：2Ni2++HCHO+H2O=2Ni+CO2↑+4H+；

故答案为：2Ni2++HCHO+H2O=2Ni+CO2↑+4H+；

(6)HCHO转化为CO2，C元素由0价升高到+4价，失去电子，被氧化，所以a为电池负极，b为正极；酸性环境下，O2作正极的电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O；负极的电极反应为HCHO-4e-+H2O = CO2↑+4H+，每反应1molHCHO转移4mol电子，当电路中转移4×10-4mol电子时，参与反应的HCHO为1×10-4mol，质量=30g/mol×1×10-4mol=3×10-3g=3mg；

故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O；3。