Question

2．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(huì)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D（雙選）．
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2.5mol CH₃OH（g）、適量CO₂和6×10^-5 mol催化劑，研究反應(yīng)時(shí)間對甲醇轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）的影響，其變化曲線如圖所示．
計(jì)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(shí)間是10h；4～7h內(nèi)碳酸二甲酯的平均反應(yīng)速率是1×10^-3mol/L•h．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等且不為零，各組分的濃度不再變化；該反應(yīng)的特點(diǎn)為：一是可逆反應(yīng)；二是反應(yīng)前后氣體體積不相等，據(jù)此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（2）由圖可知10h時(shí)TON的值最大，依據(jù)TON=$\frac{轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量}{催化劑的物質(zhì)的量}$，計(jì)算轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)速率還能計(jì)算得到甲醇反應(yīng)速率，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比得到DMC的平均反應(yīng)速率；

解答 解：（1）A．同一反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的速率之比等于方程式計(jì)量系數(shù)之比，所以v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（CH₃OH），而2v_正（CH₃OH）=v_逆（CO₂），所以v_正（CO₂）≠v_逆（CO₂），反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)CH₃OCOOCH₃與H₂O的物質(zhì)的量之比可能保持不變，也可能變化，所以不能作為達(dá)到平衡的判斷標(biāo)準(zhǔn)，故B錯(cuò)誤；
C．依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知，反應(yīng)物生成物都是氣體，所以m為定值，恒容容器V不變，則ρ無論是否達(dá)到平衡都不變，故C錯(cuò)誤；
D.2CH₃OH（g）+CO₂ （g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g），反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不相等，氣體總壓不變可以作為判斷標(biāo)志，故D正確；
故選：D；
（2）由圖可知10h時(shí)TON的值最大；
圖象分析，4～7h內(nèi)TON為10，依據(jù)TON=$\frac{轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量}{催化劑的物質(zhì)的量}$，計(jì)算轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量=10×6×10^-5 mol=60×10^-5mol，反應(yīng)甲醇的反應(yīng)速率=
$\frac{\frac{60×1{0}^{-5}mol}{0.1L}}{（7-4）h}$=2×10^-3mol/L•h，V（DMC）=$\frac{1}{2}$V（CH₃OH）=1×10^-3mol/L•h，
故答案為：10h；1×10^-3mol/L•h．

點(diǎn)評 本題考查圖象分析方法，反應(yīng)熱的計(jì)算，平衡影響因素，中等難度，充分運(yùn)用題中信息是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．