Question

【題目】碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，簡(jiǎn)稱DMC）在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，稱為綠色化學(xué)品。目前，主要通過(guò)甲醇、CO、O2在常壓、70～120℃和催化劑的條件下合成DMC。主要副產(chǎn)物有HCOOCH3和CO2。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）已知：①CO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為：283.0 kJmol1

②1mol H2O（l）完全蒸發(fā)變成H2O（g）需吸收44.0 kJ的熱量

③2CH3OH（g）＋CO2（g）→CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）△H＝15.5 kJmol1

則2CH3OH（g）＋CO（g）＋1/2O2（g）→CH3OCOOCH3（g）＋H2O（l）△H＝______________ 。

該反應(yīng)在常壓和70～120℃條件下就能自發(fā)反應(yīng)的原因是_______________。

（2）在制備DMC的實(shí)際工藝過(guò)程中，用活性炭負(fù)載法制得的催化劑比沉淀法制得的催化劑有更高的活性，說(shuō)明影響催化劑活性的因素有______________ 。從化學(xué)反應(yīng)原理分析，合適的催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用有①_________________， ②提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性能。

（3）使用甲醇汽油可減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染，某化工廠用水煤氣為原料合成甲醇，恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H2（g）→CH3OH（g），達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CO、H2、CH3OH分別為1mol、1mol、1mol，容器的體積為3L，該溫度下，現(xiàn)往容器中繼續(xù)通入3mol CO，此時(shí)v（正）__________ v（逆）（選填‘‘＞”、“＜’’或“=”），用數(shù)據(jù)說(shuō)明理由__________________。

（4）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6×105 mol催化劑發(fā)生反應(yīng)③，研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）的影響，其變化曲線如右圖所示。（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_________h；4～10h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率是_______ 。

Answer 1

【答案】 -342.5kJ/mol 反應(yīng)放出大量的熱△H<0 催化劑表面積大小 加快反應(yīng)速率 = Qc=K=9 ，平衡不移動(dòng) 10 7.5×10-4 mol/(L·h)

【解析】（1）由已知得：①CO（g）＋1/2O2（g）= CO2（g） △H1=283.0 kJmol1

②H2O（l）=H2O（g）△H2=+44.0 kJmol1

③2CH3OH（g）＋CO2（g）CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）△H3＝15.5 kJmol1

根據(jù)蓋斯定律，由③+①-②得方程2CH3OH（g）＋CO（g）＋1/2O2（g）CH3OCOOCH3 （g）＋H2O △H＝△H3+△H1-△H2=15.5 kJmol1283.0 kJmol1-44.0 kJmol1=-342.5kJ/mol；該反應(yīng)在常壓和70～120℃條件下就能自發(fā)反應(yīng)的原因是：反應(yīng)放出大量的熱△H<0；（2）在制備DMC的實(shí)際工藝過(guò)程中，用活性炭負(fù)載法制得的催化劑比沉淀法制得的催化劑有更高的活性，說(shuō)明影響催化劑活性的因素有催化劑表面積大小。從化學(xué)反應(yīng)原理分析，合適的催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用有①加快反應(yīng)速率，②提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性能；

（3）反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CO、H2、CH3OH分別為1mol、1mol、1mol，容器的體積為3L，則K==9，該溫度下，現(xiàn)往容器中繼續(xù)通入3mol CO，在體積可變的密閉容器中總物質(zhì)的量增大一倍，體積增大一倍，Q==K，此時(shí)v（正）=v（逆）；（4）根據(jù)圖中信息可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）的影響，（TON）最高點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)10h，則最佳反應(yīng)時(shí)間是10h；根據(jù)TON＝轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量，4～10h內(nèi)轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量為：6×105 mol×（35-20）=9×104 mol，DMC的平均反應(yīng)速率是： ×=7.5×10-4 mol/(L·h)。