Question

【题目】碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，简称DMC）在医药、农药、香料等多个领域具有广泛的应用，称为绿色化学品。目前，主要通过甲醇、CO、O2在常压、70～120℃和催化剂的条件下合成DMC。主要副产物有HCOOCH3和CO2。请回答下列问题：

（1）已知：①CO的标准燃烧热为：283.0 kJmol1

②1mol H2O（l）完全蒸发变成H2O（g）需吸收44.0 kJ的热量

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

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

该反应在常压和70～120℃条件下就能自发反应的原因是_______________。

（2）在制备DMC的实际工艺过程中，用活性炭负载法制得的催化剂比沉淀法制得的催化剂有更高的活性，说明影响催化剂活性的因素有______________ 。从化学反应原理分析，合适的催化剂在化学反应中的作用有①_________________， ②提高化学反应的选择性能。

（3）使用甲醇汽油可减少汽车尾气对环境的污染，某化工厂用水煤气为原料合成甲醇，恒温条件下，在体积可变的密闭容器中发生反应：CO（g）+2H2（g）→CH3OH（g），达到平衡时，测得CO、H2、CH3OH分别为1mol、1mol、1mol，容器的体积为3L，该温度下，现往容器中继续通入3mol CO，此时v（正）__________ v（逆）（选填‘‘＞”、“＜’’或“=”），用数据说明理由__________________。

（4）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6×105 mol催化剂发生反应③，研究反应时间对甲醇转化数（TON）的影响，其变化曲线如右图所示。（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_________h；4～10h内DMC的平均反应速率是_______ 。

Answer 1

【答案】 -342.5kJ/mol 反应放出大量的热△H<0 催化剂表面积大小 加快反应速率 = Qc=K=9 ，平衡不移动 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

根据盖斯定律，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；该反应在常压和70～120℃条件下就能自发反应的原因是：反应放出大量的热△H<0；（2）在制备DMC的实际工艺过程中，用活性炭负载法制得的催化剂比沉淀法制得的催化剂有更高的活性，说明影响催化剂活性的因素有催化剂表面积大小。从化学反应原理分析，合适的催化剂在化学反应中的作用有①加快反应速率，②提高化学反应的选择性能；

（3）反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）达到平衡时，测得CO、H2、CH3OH分别为1mol、1mol、1mol，容器的体积为3L，则K==9，该温度下，现往容器中继续通入3mol CO，在体积可变的密闭容器中总物质的量增大一倍，体积增大一倍，Q==K，此时v（正）=v（逆）；（4）根据图中信息可知，反应时间对甲醇转化数（TON）的影响，（TON）最高点时对应10h，则最佳反应时间是10h；根据TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量，4～10h内转化的甲醇的物质的量为：6×105 mol×（35-20）=9×104 mol，DMC的平均反应速率是： ×=7.5×10-4 mol/(L·h)。