甲醛在木材加、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法,制备过程涉及的主要反应如下:
反应I:CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) △H1=+85.2kJ·mol-1
反应II:CH3OH(g)+1/2O2(g)HCHO(g)+H2O(g) △H2
反应III:H2(g)+1/2O2(g)H2O(g) △H3=-241.8kJ·mol-1
副反应:
反应IV:CH3OH(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(g) △H4=-393.0kJ·mol-1
(1)计算反应Ⅱ的反应热△H2= 。
(2)750K下,在恒容密闭容器中,发生反应CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g),若起始压强为P0,达到平衡转化率为α,则平衡时的总压强P平=___________(用含P0和α的式子表示);当P0=101kPa,测得α=50.0%,计算反应平衡常数Kp=___________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,忽略其它反应)。
(3)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂,有研究指出,催化反应的部分机理如下:
历程i:CH3OH→·H+·CH2OH
历程ⅱ:·CH2OH→·H+HCHO
历程ⅲ:·CH2OH→3·H+CO
历程iv:·H+·H→H2 下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响,回答下列问题:
①从平衡角度解析550℃-650℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因 ;
②反应历程i的活化能 (填“>、“<”或“=”)CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)活化能。
③650℃~750℃,反应历程ii的速率 (填“>”、“<”或“=”)反应历程ⅲ的速率。
(4)吹脱是处理甲醛废水的一种工艺,吹脱速率可用方程v=0.0423C(mg·L-1·h-1)表示(其中C为甲醛浓度),下表为常温下甲醛的浓度随吹脱时间变化数据。
浓度(mg/L) | 10000 | 8000 | 4000 | 2000 | 1000 |
吹脱时间(h) | 0 | 7 | 23 | 39 | 55 |
则当甲醛浓度为2000mg/L时,其吹脱速率v= mg·L-1·h-1,分析上表数据,起始浓度为1000mg/L,当甲醛浓度降为5000mg/L,吹脱时间为 h。
(15分)(1)-156.6kJ·mol-1(2分)
(2)P0(1+α)(2分)
50.5Mpa(2分)
(3)甲醇脱氢反应为吸热反应,升高温度,有利于脱氢反应向正反应方向进行(2分)
< (2分) <(1分)
(4)84.6(2分) 16(2分)
化学反应速率:
1.定义:化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的物理量。
2.表示方法:在容积不变的反应器中,通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。即:
3.单位:mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1等。
4.注意:
(1)化学反应速率是指一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率;通常前一段时间的平均反应速率要快于后一段时间的平均反应速率,反应速率均取正值,即v>0。
(2)在一定温度下,固体和纯液体物质单位体积的物质的量保持不变,即物质的量浓度为常数,因此在表示化学反应速率时,不代入固体或纯液体物质的浓度。浓度是指气体或溶液的浓度。
(3)同一个化学反应在相同的条件下、在同一段时间内,用不同物质表示反应速率时,数值可能相同也可能不同,但表达的意义都相同,即反应的快慢程度是一样的。
(4)在同一反应巾用不同的物质来表示反应速率时,其数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比.
如化学反应: , ,所以
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