Question

甲醇可采用多种方法制备，其用途广泛，是重要的化工原料。

Ⅰ．利用合成气（CO、CO₂、H₂）在催化剂作用下合成甲醇，发生反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) + H₂O(g)

（1）反应①过程中能量变化如下图所示，下列说法正确的是______________(填选项标号)。

A．①反应的△H=逆反应活化能-正反应活化能

B．把1molCO(g)和2molH₂(g)充入密闭容器中充分反应，达平衡时放出的热量为91kJ

C．从图中信息可知加入催化剂能改变反应历程和热效应

D．相同条件下，CO(g)和H₂(g)反应生成1mol液态CH₃OH放出的热量大于91kJ

（2） 现利用①和②两个反应合成CH₃OH， 已知CO可使反应的催化剂寿命下降。

若氢碳比表示为f= [(n(H₂)-n(CO₂)]/[(n(CO)-n(CO₂)],则理论上f=______________时，原料气的利用率最高。但生产中往往采用略高于该值的氢碳比，理由是：______________________________。

Ⅱ．甲醇可用于制取甲酸甲酯，其反应方程式为：CH₃OH(g)+CO(g)HCOOCH₃(g) △H<0。科研人员的部分研究结果如下：

（3）从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”图和生产成本角度分析，工业制取甲酸甲酯应选择的最佳压强是______________________(填“3.5×10⁶ Pa”“4.0×10⁶ Pa”或“5.0×10⁶ Pa”)。

（4）实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是_______________________________________。

Ⅲ．甲醇还可以用于合成二甲醚，发生的反应为2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)

己知该反应在某温度下的平衡常数为900,此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH,反应到某时刻测得各组分浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度(mol/L)	1.25	0.9	0.9

（5）比较此时正、逆反应速率的大小： v_正___________v_逆 (填“>“<”或“=”)。

（6） 若加入CH₃OH后，经6min反应达到平衡，则该时间内平均反应速率v (CH₃OH) =___________mol/ (L·min)。

Answer

D 2 使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降 4.0×106Pa 低于80℃、反应速事较小，高于80℃,温度对反应速率影响较小,且反应放热，升温平衡逆向移动，转化率降低 > 0.5

【解析】（1）A、由图可知，①反应为放热反应，△H=正反应活化能-逆反应活化能，选项A错误；B．反应为可逆反应，不可能完全转化，故把1molCO(g)和2molH2(g)充入密闭容器中充分反应，达平衡时放出的热量小于91kJ，选项B错误；C．从图中信息可知加入催化剂能改变反应历程但不能改变热效应，选项C错误；D．气态CH3OH转化为液态时放热，故相同条件下，CO(g)和H2(g)反应生成1mol液态CH3OH放出的热量大于91kJ，选项D正确；答案选D；（2） 根据①和②两个反应合成CH3OH方程式，则理论上f= [(n(H2)-n(CO2)]/[(n(CO)-n(CO2)]=时，原料气的利用率最高；但生产中往往采用略高于该值的氢碳比，理由是：使CO充分反应，避免反应催化剂寿命下降；（3）从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”图和生产成本角度分析，工业制取甲酸甲酯应选择的最佳压强是4.0×106 Pa；（4）实际工业生产中采用的温度是80℃,其理由是低于80℃、反应速事较小，高于80℃,温度对反应速率影响较小,且反应放热，升温平衡逆向移动，转化率降低；

（5）Q=，平衡正向移动， v正>v逆 ；（6） 设平衡时生成物的浓度为0.9+x，则甲醇的浓度为（1.25-2x）有：900=，解得x=0.6 mol/L，故1.25-2x =0.05 mol/L，

由表可知，甲醇的起始浓度度为(1.25+1.8) mol/L=3.05 mol/L，其平衡浓度为0.05 mol/L，

6min变化的浓度为3.0 mol/L，故该时间内平均反应速率v (CH3OH) ==0.5mol/ (L·min)。