Question

【題目】二甲氧基甲烷[CH2(OCH3)2]水溶性好、含氧量高、燃燒完全、煙氣排放量低，被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的柴油添加劑。工業(yè)生產(chǎn)CH2(OCH3)2一般是在催化劑作用下，將37%的甲醛（HCHO）水溶液和甲醇（CH3OH）混合共熱，反應(yīng)原理如下：HCHO+2CH3OHCH2(OCH3)2+H2O

（1）某次研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響的實(shí)驗(yàn)中，CH2(OCH3)2的濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化如表：

時(shí)間（min）	20	25	30	40	50	60
CH2(OCH3)2 （mol/L）	9.02	9.10	9.18	9.23	9.30	9.32

計(jì)算25~50min中CH2(OCH3)2的平均生成速率為___。

（2）研究反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)（記作lnK）與溫度（T）的關(guān)系如圖所示，判斷該反應(yīng)的△H___0（填“>”、“<”、“=”）。

（3）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)：

①達(dá)到平衡時(shí)下列措施能提高HCHO轉(zhuǎn)化率的是___。

A.及時(shí)從反應(yīng)體系中分離出CH2(OCH3)2

B.升高反應(yīng)體系的溫度

C.再添加適量甲醇

D.再添加一定量甲醛

②下圖是催化劑作用下甲醇轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)曲線圖。請(qǐng)?jiān)趫D中用虛線畫(huà)出相同條件下，不使用催化劑時(shí)轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。___

（4）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：甲醛的滴加速率、反應(yīng)時(shí)間、催化劑的量和攪拌速率等對(duì)CH2(OCH3)2的工業(yè)實(shí)際產(chǎn)率（不完全是平衡狀態(tài)下得出的）也會(huì)產(chǎn)生一定影響。欲分別研究甲醛的滴加速率、攪拌速率對(duì)產(chǎn)率的影響，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)如表：

影響因素 實(shí)驗(yàn)號(hào)	甲醛的滴加速率(g/min)	反應(yīng)時(shí)間(min)	催化劑的量(g)	攪拌速率(r/min)
1	___	70	2.5	30
2	1.0	___	___	___
3	2.5	___	___	80

①請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)。

②在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，甲醛（HCHO）的滴加速率過(guò)慢或過(guò)快均會(huì)使CH2(OCH3)2產(chǎn)率降低。請(qǐng)結(jié)合該反應(yīng)的合成機(jī)理：HCHOHOCH2OCH3CH2(OCH3)2，試分析甲醛的滴加速率過(guò)快時(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)率較低的原因可能是___。

Answer 1

【答案】0.008mol/（L·min） ＜ AC 1.0 70 2.5 80 70 2.5 甲醛滴加過(guò)快會(huì)使合成反應(yīng)主要停留在中間產(chǎn)物HOCH2OCH3或?qū)嶒?yàn)用的是37%的甲醛溶液，不利于脫水，不利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故產(chǎn)率降低

【解析】

（1）由表給數(shù)據(jù)，結(jié)合速率公式計(jì)算可得；

（2）由圖可知，隨溫度升高，平衡常數(shù)K減小，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；

（3）①依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析解答；

②催化劑降低反應(yīng)活化能，只加快反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)；

（4）①依據(jù)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)注意變量唯一化進(jìn)行分析解答；

②甲醛滴加過(guò)快會(huì)使合成反應(yīng)主要停留在中間產(chǎn)物HOCH2OCH3；實(shí)驗(yàn)用的是37%的甲醛溶液，不利于脫水，不利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

（1）由表格數(shù)據(jù)可知25～50min中CH2（OCH3）2的濃度的變化為（9.30-9.10）mol/L=0.20mol/L，則化學(xué)反應(yīng)速率為==0.008 mol/（L·min），故答案為：0.008mol/（L·min）；

（2）由圖可知，隨溫度升高，平衡常數(shù)K減小，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，故答案為：＜；

（3）①A、減小生成物濃度，化學(xué)平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)，HCHO轉(zhuǎn)化率增大，故正確；

B、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，HCHO轉(zhuǎn)化率減小，故錯(cuò)誤；

C、增大反應(yīng)物甲醇的濃度，化學(xué)平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)，HCHO轉(zhuǎn)化率增大，故正確；

D、再添加一定量甲醛，化學(xué)平衡正反應(yīng)方向移動(dòng)，HCHO轉(zhuǎn)化率減小，甲醇的轉(zhuǎn)化率增大，D錯(cuò)誤；

AC正確，故答案為：AC；

②催化劑降低反應(yīng)活化能，只加快反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，故答案為：；

（4）①其他條件相同時(shí)才能比較甲醛的滴加速率、攪拌速率對(duì)產(chǎn)率的影響，即反應(yīng)時(shí)間和催化劑的量相同，反應(yīng)2為比較的標(biāo)準(zhǔn)，所以反應(yīng)1和反應(yīng)3的甲醛滴加速率不同，反應(yīng)1與反應(yīng)2相同；反應(yīng)1和反應(yīng)3的攪拌速率不同，反應(yīng)3與反應(yīng)2攪拌速率相同，故答案為：1.0；70；2.5；80；70；2.5；

②甲醛滴加過(guò)快會(huì)使合成反應(yīng)主要停留在中間產(chǎn)物HOCH2OCH3；實(shí)驗(yàn)用的是37%的甲醛溶液，不利于脫水，不利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故產(chǎn)率降低，故答案為：甲醛滴加過(guò)快會(huì)使合成反應(yīng)主要停留在中間產(chǎn)物HOCH2OCH3或?qū)嶒?yàn)用的是37%的甲醛溶液，不利于脫水，不利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故產(chǎn)率降低。