Question

【題目】甲醇可采用多種方法制備，其用途廣泛，是重要的化工原料。

Ⅰ．利用合成氣（CO、CO2、H2）在催化劑作用下合成甲醇，發(fā)生反應(yīng)如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

（1）反應(yīng)①過程中能量變化如下圖所示，下列說法正確的是______________(填選項(xiàng)標(biāo)號)。

A．①反應(yīng)的△H=逆反應(yīng)活化能-正反應(yīng)活化能

B．把1molCO(g)和2molH2(g)充入密閉容器中充分反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)放出的熱量為91kJ

C．從圖中信息可知加入催化劑能改變反應(yīng)歷程和熱效應(yīng)

D．相同條件下，CO(g)和H2(g)反應(yīng)生成1mol液態(tài)CH3OH放出的熱量大于91kJ

（2）現(xiàn)利用①和②兩個(gè)反應(yīng)合成CH3OH，已知CO可使反應(yīng)的催化劑壽命下降。

若氫碳比表示為f= [(n(H2)-n(CO2)]/[(n(CO)-n(CO2)],則理論上f=______________時(shí)，原料氣的利用率最高。但生產(chǎn)中往往采用略高于該值的氫碳比，理由是：______________________________。

Ⅱ．甲醇可用于制取甲酸甲酯，其反應(yīng)方程式為：CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)△H<0。科研人員的部分研究結(jié)果如下：

（3）從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”圖和生產(chǎn)成本角度分析，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的最佳壓強(qiáng)是______________________(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。

（4）實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃,其理由是_______________________________________。

Ⅲ．甲醇還可以用于合成二甲醚，發(fā)生的反應(yīng)為2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

己知該反應(yīng)在某溫度下的平衡常數(shù)為900,此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH,反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度(mol/L)	1.25	0.9	0.9

（5）比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。�v正___________v逆(填“>“<”或“=”)。

（6）若加入CH3OH后，經(jīng)6min反應(yīng)達(dá)到平衡，則該時(shí)間內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=___________mol/(L·min)。

Answer 1

【答案】 D 2 使CO充分反應(yīng)，避免反應(yīng)催化劑壽命下降 4.0×106Pa 低于80℃、反應(yīng)速事較小，高于80℃,溫度對反應(yīng)速率影響較小,且反應(yīng)放熱，升溫平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低 > 0.5

【解析】（1）A、由圖可知，①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=正反應(yīng)活化能-逆反應(yīng)活化能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能完全轉(zhuǎn)化，故把1molCO(g)和2molH2(g)充入密閉容器中充分反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)放出的熱量小于91kJ，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．從圖中信息可知加入催化劑能改變反應(yīng)歷程但不能改變熱效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．氣態(tài)CH3OH轉(zhuǎn)化為液態(tài)時(shí)放熱，故相同條件下，CO(g)和H2(g)反應(yīng)生成1mol液態(tài)CH3OH放出的熱量大于91kJ，選項(xiàng)D正確；答案選D；（2）根據(jù)①和②兩個(gè)反應(yīng)合成CH3OH方程式，則理論上f= [(n(H2)-n(CO2)]/[(n(CO)-n(CO2)]=時(shí)，原料氣的利用率最高；但生產(chǎn)中往往采用略高于該值的氫碳比，理由是：使CO充分反應(yīng)，避免反應(yīng)催化劑壽命下降；（3）從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”圖和生產(chǎn)成本角度分析，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的最佳壓強(qiáng)是4.0×106Pa；（4）實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃,其理由是低于80℃、反應(yīng)速事較小，高于80℃,溫度對反應(yīng)速率影響較小,且反應(yīng)放熱，升溫平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低；

（5）Q=，平衡正向移動，v正>v逆；（6）設(shè)平衡時(shí)生成物的濃度為0.9+x，則甲醇的濃度為（1.25-2x）有：900=，解得x=0.6 mol/L，故1.25-2x =0.05 mol/L，

由表可知，甲醇的起始濃度度為(1.25+1.8) mol/L=3.05 mol/L，其平衡濃度為0.05 mol/L，

6min變化的濃度為3.0 mol/L，故該時(shí)間內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH3OH)==0.5mol/(L·min)。