Question

碳酸二甲酯（DMC）是一種近年來受到廣泛關注的環(huán)保型綠色化工產品．在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成DMC：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，但甲醇轉化率通常不會超過1%是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因．某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉化數（TON）的影響來評價催化劑的催化效果．計算公式為：TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

．

（1）已知25℃時，甲醇和DMC的標準燃燒熱分別為△H₁和△H₂，則上述反應在25℃時的焓變△H₃=

 

．
（2）根據反應溫度對TON的影響圖（圖1）判斷該反應的焓變△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”），理由是

 

．
（3）根據反應時間對TON的影響圖（圖2倉位），已知溶液總體積10mL，反應起始時甲醇0.25mol，催化劑0.6×10^-5 mol，計算該溫度下，4～7h內DMC的平均反應速率：

 

；計算10h時，甲醇的轉化率：

 

．
（4）根據該研究小組的實驗及催化劑用量對TON的影響圖（圖3），判斷下列說法正確的是

 

．
a．由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO₂轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義
b．在反應體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應的TON
c．當催化劑用量低于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉化率顯著提高
d．當催化劑用量高于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加，DMC的產率反而急劇下降．

Answer 1

考點：化學平衡的調控作用,熱化學方程式

專題：化學平衡專題

分析：（1）利用蓋斯定律，根據甲醇和DMC的標準燃燒熱的熱化學方程式可以求得；
（2）分析溫度對反應影響分析，隨溫度升高，TON先增大后減小，說明低溫時反應正向進行，180°C達到最大，說明費用達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫TON減小，說明平衡逆向進行，依據平衡移動原理分析正反應是放熱反應；
（3）依據圖象分析，4～7h內TON為10，依據TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

，計算轉化的甲醇的物質的量，結合反應速率還能計算得到甲醇反應速率，反應速率之比等于化學方程式計量數之比得到DMC的平均反應速率；
（4）在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，依據化學平衡原理和影響因素分析判斷平衡移動方向，結合TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

，計算分析判斷選項．

解答： 解：（1）因為反應CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，可由反應①2CH₃OH+3O₂→2CO₂+4H₂O 和反應②CO（OCH₃）₂+O₂→CO₂+3H₂O 進行①×2-②得到，根據蓋斯定律可知△H₃=2△H₁-△H₂，故答案為：2△H₁-△H₂；
（2）隨溫度升高，TON先增大后減小，說明低溫時反應正向進行，180°C達到最大，說明費用達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫TON減小，說明平衡逆向進行，逆反應是吸熱反應，依據平衡移動原理分析正反應是放熱反應，△H＜0，
故答案為：＜；經過相同的反應時間，溫度較低時，反應未達到平衡；溫度較高時，反應已達到平衡，隨著溫度升高，TON減小，即平衡向左移動，說明該反應放熱；
（3）圖象分析，4～7h內TON為10，依據TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

，計算轉化的甲醇的物質的量=10×0.6×10^-5 mol=6×10^-5mol，反應甲醇的反應速率=

6×10-5mol 0.010L

(7-4)h

=2×10^-3mol/L?h，V（DMC）=

1

2

V（CH₃OH）=1×10^-3mol/L?h，10h時TON為35，依據TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

，計算轉化的甲醇的物質的量=35×0.6×10^-5 mol=2.1×10^-4mol，所以轉化率為

2.1×10-4mol

0.25mol

×100%=8.4×10^-2% 
故答案為：1×10^-3 mol?L^-1?h^-1；8.4×10^-2%；
（4）在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成碳酸二甲酯（DMC）：CO₂+2CH₃OH→CO（OCH₃）₂+H₂O，
a．依據反應化學方程式可知，甲醇和二氧化碳反應生成DMC和水，由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO₂轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義，故a正確；
b．在反應體系中添加合適的脫水劑，減少生成物濃度，平衡正向進行，將提高該反應的TON，故b正確；
c．當催化劑用量低于1.2×10^-5mol時，轉化數增大，依據TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

分析，催化劑改變反應速率縮短反應時間，不改變轉化率，故c錯誤；
d．當催化劑用量高于1.2×10^-5mol時，隨著催化劑用量的增加，依據TON=

轉化的甲醇的物質的量

催化劑的物質的量

分析，轉化數減小，DMC的產率不變，故d錯誤；
故答案為：ab．

點評：本題考查圖象分析方法，反應熱的計算，平衡影響因素，中等難度，充分運用題中信息是解答本題的關鍵，題目難度中等．