Question

【題目】碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，簡稱DMC），是一種應(yīng)用前景廣泛的新材料，實(shí)驗(yàn)室中可用甲醇、CO、CO2等進(jìn)行合成。回答下列問題：

（1）二氧化碳的電子式為 _________________

（2）用甲醇、CO、O2在常壓、70～120℃和催化劑的條件下合成DMC。

已知：①CO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為：283.0kJmol1，

②1mol H2O（l）完全蒸發(fā)變成H2O（g）需吸收44kJ的熱量

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

則2CH3OH（g）＋CO（g）＋1/2O2（g）CH3OCOOCH3 （g）＋H2O（l）△H＝_____。

該反應(yīng)在常壓和70～120℃條件下就能自發(fā)反應(yīng)的原因是_______________。

（3）由上述反應(yīng)可知甲醇和CO2可直接合成DMC但甲醇轉(zhuǎn)化率通常不會(huì)超過1%，制約該反應(yīng)走向工業(yè)化生產(chǎn)．

①寫出該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式：______________ ；

②在恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是____（選填編號(hào)）．

A．v正（CH3OH）＝2v逆（CO2）

B．CH3OCOOCH3與H2O的物質(zhì)的量之比保持不變

C．容器內(nèi)氣體的密度不變D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變

③某研究小組在某溫度下，在100mL恒容密閉容器中投入2.5mol CH3OH（g）、適量CO2和6×105 mol催化劑，研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）的影響，其變化曲線如圖1所示．（計(jì)算公式為：TON＝轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量）。

在該溫度下，最佳反應(yīng)時(shí)間是_________h；4～10h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率是_______ ．

（4）以多孔鉑為電極，在如下圖裝置中A、B口分別通入CH3OCOOCH3和O2構(gòu)成燃料電池，請(qǐng)寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式____________________________

Answer 1

【答案】-342.5 kJmol1因?yàn)樵摲磻?yīng)△H<0 △S<0 ，在較低溫度下可以自發(fā)進(jìn)行AD107.5×10-4 molL1h-1CH3OCOOCH3-12e-+18OH-= 3CO32-+ 12H2O

【解析】本題考查熱化學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)平衡有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)跨度大，熟練掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，能較好的完成本題。

（1）二氧化碳為共價(jià)化合物，碳與氧原子間共用四個(gè)電子，電子式為，

（2）根據(jù)蓋斯定律作答，根據(jù)CO的燃燒熱有①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H1＝283.0kJmol1，②H2O（l）=H2O(g) △H2＝+44kJmol1，③2CH3OH（g）＋CO2（g）CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）△H3＝15.5kJmol1，所要求的方程式為上述三個(gè)方程式①+③-②即可得到，則△H=△H1-△H2+△H3=-342.5 kJmol1 。該反應(yīng)的△H<0，△S<0，根據(jù)吉布斯自由能可知，低溫時(shí)，△G<0 ，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。

（3）① 2CH3OH（g）＋CO2（g）CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）根據(jù)平衡常數(shù)的概念有，

② v正（CH3OH）＝2v逆（CO2），速率方向相反，比例正確，能說明達(dá)到平衡，A正確。若開始只充入反應(yīng)物，CH3OCOOCH3與H2O的物質(zhì)的量之比始終保持不變，故不能說明是否平衡，B錯(cuò)誤。容器容積一定，氣體質(zhì)量不變，密度始終不變，不能說明已打平衡，C錯(cuò)誤。該反應(yīng)是一個(gè)氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒容下，壓強(qiáng)不變，說明氣體的物質(zhì)的量不再變化，可以說明達(dá)到平衡，D正確。故選AD。

③ 由圖可知，反應(yīng)10小時(shí)時(shí)，TON較大，10小時(shí)后，TON變化不明顯，故最佳反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。6小時(shí)內(nèi)，甲醇的物質(zhì)的量改變值為（35-20）*6*10-5mol=9*10-4mol，濃度改變值為9*10-4mol/0.1L=9*10-3mol/L，甲醇的速率為9*10-3/6=1.5*10-3（ molL1h-1），DMC的速率為甲醇的1/2，所以4～10h內(nèi)DMC的平均反應(yīng)速率是7.5×10-4 molL1h-1。

（4）該電池為燃料電池，A極通入燃料CH3OCOOCH3，做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)為KOH，負(fù)極反應(yīng)為CH3OCOOCH3-12e-+18OH-= 3CO32-+ 12H2O