Question

【題目】甲醇(CH3OH)是一種重要的化工原料，可由H2與CO或CO2反應(yīng)制備，主要用于制備羧基甲酯等。

(1)水楊酸甲酯是無色透明油狀液體，密度為1.54g·cm-3，常作為醫(yī)藥制劑的賦香劑。制備及提純水楊酸甲酯的實驗步驟如下：

步驟1.在三口燒瓶中加入3.5g(0.025mol)水楊酸、15mL(0.375mol)甲醇、1mL濃硫酸，幾粒沸石，在85~95℃加熱回流1.5h(裝置如圖所示)。

步驟2.向回收甲醇后剩余液中加入10mL水，振蕩、靜置，分液出有機相。

步驟3.有機相依次用水、10%Na2CO3溶液、水洗滌。

步驟4.干燥，蒸餾并收集221~224℃餾分。

①圖中儀器W的名稱是___。

②步驟3，第一次水洗的主要目的是___；第二次水洗的目的是___。

③合成水楊酸甲酯的化學方程式為___；實驗中加入過量甲醇的目的是___。

(2)工業(yè)上制備甲醇的主要反應(yīng)有：

(Ⅰ)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 平衡常數(shù)K1

(Ⅱ)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2 平衡常數(shù)K2

(Ⅲ)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3 平衡常數(shù)K3

維持=75：25，CO、CO2以及n(CO2)：n(CO)=1：2，用不同催化劑時甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示：

①平衡常數(shù)K3=___(用K1、K2表示)；△H1___0(填“>"或“<”)。

②下列敘述正確的是___ (填標號)。

A.催化劑Cu/ZnO不能催化反應(yīng)(I)

B.催化劑Cu/ZnO在溫度低于480K時活性很低

C.圖中a點所示條件下，延長反應(yīng)時間能提高甲醇的產(chǎn)率

D.圖中b點所示條件下，若增加H2的濃度不能提高甲醇的產(chǎn)率

③400K時向某恒容密閉容器中充入CO和H2，使c(CO)=0.10mol·L-1，c(H2)=0.20mol·L-1，且只發(fā)生反應(yīng)(II)；平衡時c(CH3OH)=0.08mol·L-1。該溫度下反應(yīng)(II)的平衡常數(shù)為___。

Answer 1

【答案】球形冷凝管 除去大部分的水楊酸和硫酸 除去Na2CO3、水楊酸鈉等鹽 +CH3OH+H2O 提高水楊酸的(平衡)轉(zhuǎn)化率 ＜ BC 2.5×103

【解析】

(1) ①由裝置的結(jié)構(gòu)特點可知，W為球形冷凝管，故答案為：球形冷凝管；

②反應(yīng)后的溶液要經(jīng)過多次洗滌，在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是除去大部分催化劑硫酸和未反應(yīng)完的水楊酸，10%Na2CO3溶液既可以除去未洗凈的硫酸，也可以降低酯的溶解度，但第二步洗滌后生成的酯中混有Na2CO3，所以第二次水洗，主要目的是除去產(chǎn)品中殘留的Na2CO3、水楊酸鈉等鹽，

故答案為：除去大部分的水楊酸和硫酸；除去Na2CO3、水楊酸鈉等鹽；

③水楊酸甲酯是由水楊酸和甲醇酯化反應(yīng)得到，反應(yīng)為：+CH3OH +H2O；實驗中甲醇用量稍微過量可以提高水楊酸的(平衡)轉(zhuǎn)化率，

故答案為：+CH3OH +H2O；提高水楊酸的(平衡)轉(zhuǎn)化率；

(2) ①由蓋斯定律可知(Ⅲ)= (I) -(II)，則K3=，由圖像可得，隨溫度的升高，甲醇的產(chǎn)率逐漸減小，說明升溫平衡逆向移動，逆向為吸熱方向，則正向為放熱反應(yīng)，△H1<0，

故答案為：；<；

②A.由圖像可知加催化劑Cu/ZnO后隨溫度的升高反應(yīng)(I)中甲醇的產(chǎn)率增大，因此催化劑Cu/ZnO能催化反應(yīng)(I)，故A錯誤；

B.由圖可知催化劑Cu/ZnO在溫度低于480K時對甲醇的產(chǎn)率幾乎沒有影響，說明溫度低時其活性很低，故B正確；

C.圖中a點所示條件下，反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，由圖可知反應(yīng)應(yīng)向增大甲醇產(chǎn)率的方向進行，即反應(yīng)向正向進行達到平衡狀態(tài)，因此延長反應(yīng)時間能提高甲醇的產(chǎn)率，故C正確；

D.圖中b點所示條件下，若增加H2的濃度會使平衡正向移動，可以提高甲醇的產(chǎn)率，故D錯誤；

故答案為：BC；

③400K時向某恒容密閉容器中充入CO和H2，使c(CO)=0.10mol·L-1，c(H2)=0.20mol·L-1，平衡時c(CH3OH)=0.08mol·L-1列出三段式如下：

設(shè)CO的變化濃度為xmol/L

由已知得：x=0.08mol·L-1，則平衡時c(CO)=0.02mol·L-1，c(H2)=0.04mol·L-1，

該溫度下反應(yīng)(II)的平衡常數(shù)為K==2.5×103，

故答案為：2.5×103。