Question

【題目】I.（1）浙江大學(xué)用甲醇、CO、O2在常壓、某溫度和催化劑的條件下合成碳酸二甲酯（DMC）的研究開發(fā)。

已知：ⅰ． CO的燃燒熱：△H=-283.0 kJmol-1；

ⅱ．1mol H2O(l)完全蒸發(fā)變成H2O(g)需吸收44 kJ的熱量；

ⅲ．2CH3OH(g)+CO2 (g) CH3OCOOCH3 (g)+H2O(g) △H=－15.5 kJmol-1

則2CH3OH(g)+CO (g)+ 1/2O2(g) CH3OCOOCH3 (g)+H2O(l) △H= 。該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為： 。

（2）甲醇也是制備甲酸的一種重要原料。某溫度時，將10mol甲酸鈉溶于水，溶液顯堿性，向該溶液中滴加1L某濃度的甲酸，使溶液呈中性，則滴加甲酸的過程中水的電離平衡將_____________(填“正向”、“逆向”或“不”) 移動, 此中性溶液中離子濃度由大到小的順序為： 。

Ⅱ．甲醇和CO2可直接合成DMC：2CH3OH(g)+CO2 (g) CH3OCOOCH3 (g)+ H2O(g)，但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會超過1%，制約該反應(yīng)走向工業(yè)化生產(chǎn)。

（1）在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 （選填編號）。

A．2v正(CH3OH)=v逆(CO2) B．CH3OH與H2O的物質(zhì)的量之比保持不變

C．容器內(nèi)氣體的密度不變 D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變

（2）某研究小組在某溫度下，在100mL恒容密閉容器中投入2.5 mol CH3OH(g)、適量CO2和6×10-5 mol催化劑，研究反應(yīng)時間對甲醇轉(zhuǎn)化數(shù)(TON)的影響，其變化曲線如圖所示。計算公式為：TON = 轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量。在該溫度下，最佳反應(yīng)時間是 ；4～10 h內(nèi)碳酸二甲酯的平均反應(yīng)速率是________。

Answer 1

【答案】I（1）-342.5 kJmol-1 （漏單位不得分） K＝

（2）逆向 c(HCOO-)=C(Na+)＞c(H+)=c(OH-)

Ⅱ（1）BD （2）10h 7.5×10-4 mol·L－1·h－1（漏單位不得分）

【解析】

試題分析：I、（1）ⅰCO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-283.0kJmol-1，所以

CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1 ①，

ⅱ1mol H2O（l）完全蒸發(fā)變成H2O（g）需吸收44kJ的熱量，所以

H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJmol-1 ②，

ⅲ，2CH3OH(g)+CO2 (g) CH3OCOOCH3 (g)+H2O(g)△H=-15.5kJmol-1 ③；

則根據(jù)蓋斯定律可知①-②+③即可得到2CH3OH(g)+CO (g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(l)△H＝-283.0kJmol-1-44kJmol-1-15.5kJmol-1=-342.5kJmol-1；化學(xué)平衡常數(shù)等于平衡時生成物的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，則根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝；

（2）甲酸是一元弱酸，則滴加甲酸的過程中水的電離平衡將逆向移動。根據(jù)電荷守恒可知此中性溶液中離子濃度由大到小的順序為c(HCOO-)=C(Na+)＞c(H+)=c(OH-)；

Ⅱ、（1）A．v正（CH3OH）=2v正（CO2）=2v逆（CO2），達(dá)平衡狀態(tài)，A錯誤；B．CH3OH與H2O的物質(zhì)的量之比保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C．氣體的質(zhì)量和容積均不變，則容器內(nèi)氣體的密度始終不變，C錯誤；D．正反應(yīng)是體積減小的可逆反應(yīng)，則容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，說明各物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，D正確；答案選BD。

（2）由圖可知10h時TON的值最大，因此在該溫度下，最佳反應(yīng)時間是10h；4～10h內(nèi)轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量為6×10-5mol×（35-20）=90×10-5mol，所以轉(zhuǎn)化的DMC的物質(zhì)的量為90×105mol÷2=45×10-5mol，濃度是45×10-4mol/L，則v=△c÷△t=45×10-4mol/L÷6h=7.5×10-4 mol·L－1·h－1。