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，發生反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

（1）反應①過程中能量變化如下圖所示，下列說法正確的是______________(填選項標號)。

A．①反應的△H=逆反應活化能-正反應活化能

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

C．從圖中信息可知加入催化劑能改變反應歷程和熱效應

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

（2）現利用①和②兩個反應合成CH3OH，已知CO可使反應的催化劑壽命下降。

若氫碳比表示為f= [(n(H2)-n(CO2)]/[(n(CO)-n(CO2)],則理論上f=______________時，原料氣的利用率最高。但生產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，其反應方程式為：CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g)△H<0。科研人員的部分研究結果如下：

（3）從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率”圖和生產成本角度分析，工業制取甲酸甲酯應選擇的最佳壓強是______________________(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。

（4）實際工業生產中采用的溫度是80℃,其理由是_______________________________________。

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

己知該反應在某溫度下的平衡常數為900,此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分濃度如下：

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

（5）比較此時正、逆反應速率的大小：v正___________v逆(填“>“<”或“=”)。

（6）若加入CH3OH后，經6min反應達到平衡，則該時間內平均反應速率v(CH3OH)=___________mol/(L·min)。

Answer 1

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

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

（5）Q=，平衡正向移動，v正>v逆；（6）設平衡時生成物的濃度為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，故該時間內平均反應速率v(CH3OH)==0.5mol/(L·min)。