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2.甲醇和CO2可直接合成DMC:2CH3OH(g)+CO2 (g)?CH3OCOOCH3 (g)+H2O(g),但甲醇转化率通常不会超过1%,制约该反应走向工业化生产.
(1)在恒容密闭容器中发生上述反应,能说明反应达到平衡状态的是D(双选).
A.2v(CH3OH)=v(CO2)           
B.CH3OH与H2O的物质的量之比保持不变
C.容器内气体的密度不变         
D.容器内压强不变
(2)某研究小组在某温度下,在100mL恒容密闭容器中投入2.5mol CH3OH(g)、适量CO2和6×10-5 mol催化剂,研究反应时间对甲醇转化数(TON)的影响,其变化曲线如图所示.
计算公式为:TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量.在该温度下,最佳反应时间是10h;4~7h内碳酸二甲酯的平均反应速率是1×10-3mol/L•h.

分析 (1)可逆反应达到平衡状态,一定满足正逆反应速率相等且不为零,各组分的浓度不再变化;该反应的特点为:一是可逆反应;二是反应前后气体体积不相等,据此判断反应是否达到平衡状态;
(2)由图可知10h时TON的值最大,依据TON=$\frac{转化的甲醇的物质的量}{催化剂的物质的量}$,计算转化的甲醇的物质的量,结合反应速率还能计算得到甲醇反应速率,反应速率之比等于化学方程式计量数之比得到DMC的平均反应速率;

解答 解:(1)A.同一反应中,用不同物质表示的速率之比等于方程式计量系数之比,所以v(CO2)=$\frac{1}{2}$v(CH3OH),而2v(CH3OH)=v(CO2),所以v(CO2)≠v(CO2),反应未达到平衡状态,故A错误;
B.平衡时CH3OCOOCH3与H2O的物质的量之比可能保持不变,也可能变化,所以不能作为达到平衡的判断标准,故B错误;
C.依据ρ=$\frac{m}{V}$可知,反应物生成物都是气体,所以m为定值,恒容容器V不变,则ρ无论是否达到平衡都不变,故C错误;
D.2CH3OH(g)+CO2 (g)?CH3OCOOCH3 (g)+H2O(g),反应前后气体系数和不相等,气体总压不变可以作为判断标志,故D正确;
故选:D;
(2)由图可知10h时TON的值最大;
图象分析,4~7h内TON为10,依据TON=$\frac{转化的甲醇的物质的量}{催化剂的物质的量}$,计算转化的甲醇的物质的量=10×6×10-5 mol=60×10-5mol,反应甲醇的反应速率=
$\frac{\frac{60×1{0}^{-5}mol}{0.1L}}{(7-4)h}$=2×10-3mol/L•h,V(DMC)=$\frac{1}{2}$V(CH3OH)=1×10-3mol/L•h,
故答案为:10h;1×10-3mol/L•h.

点评 本题考查图象分析方法,反应热的计算,平衡影响因素,中等难度,充分运用题中信息是解答本题的关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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20.现有NH4Cl、MgSO4、(NH42SO4和NaCl四种无色溶液,用一种试剂就可将它们鉴别出来,这种试剂是(  )
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10.2015年3月,全国“两会”代表委员就我国“雾霾”治理积极建言献策.科学家研究表明氮氧化物与悬浮在大气中的盐粒子相互作用时能产生“二次雾霾”,涉及的反应有:
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回答下列问题:
(1)写出反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K1=$\frac{c(ClNO)}{{c}^{2}(N{O}_{2})}$.
(2)恒温恒容条件下,反应(Ⅱ)达到平衡的标志是ab.
a.体系压强保持不变             b.混合气体颜色保持不变
c.NO和ClNO的物质的量相等    d.每消耗0.1mol NO的同时消耗0.05mol Cl2
(3)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,恒温时向2L密闭容器中加入 0.2mol NO和0.1molCl2
①在恒容条件下反应10min达到平衡,测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3 mol•L-1•min-1,则NO的平衡转化率α1=75%.
②在恒压条件下建立平衡时NO的转化率为α2,则α2>α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2不变(填“增大”、“减小”或“不变”).
(4)工业上可通过电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,阴极反应式为NO+5e-+6H+═NH4++H2O;为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充气体物质A,A的化学式是NH3
(5)NO2可助偏二甲肼(C2H8N2)燃烧,产生的巨大能量能把火箭送入太空.已知6.0g液态偏二甲肼与液态NO2完全反应生成N2、CO2、H2O(g)放出225.0kJ的热量.写出该反应的热化学方程式C2H8N2(l)+4NO2(l)═3N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)△H=-2250.0kJ/mol.

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17.在一定条件下,将1.00molN2(g)与3.00molH2(g)混合于一个10.0L密闭容器中,在不同温度下达到平衡时NH3(g)的平衡浓度如图所示.其中温度为T1时平衡混合气体中氨气的体积分数为25.0%.
①当温度由T1变化到T2时,平衡常数关系K1>K2(填“>”,“<”或“=”),焓变△H<0.(填“>”或“<”)
②该反应在T1温度下5.00min达到平衡,这段时间内N2的化学反应速率为8.00×10-3mol/(L•min)
③T1温度下该反应的化学平衡常数K1=18.3L2/mol2

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