(15分)碳酸二甲酯(DMC)是一种近年来受到广泛关注的环保型绿色化工产品。在催化剂作用下,可由甲醇和CO2直接合成DMC:CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O,但甲醇转化率通常不会超过1%是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下,通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为:。
(1)已知25℃时,甲醇和DMC的标准燃烧热分别为△H1和△H2,则上述反应在25℃时的焓变△H3= 。
(2)根据反应温度对TON的影响图(下左图)判断该反应的焓变△H______0(填“>”、“=”或“<”),理由是________________________________。
(3)根据反应时间对TON的影响图(上中图),已知溶液总体积10mL,反应起始时甲醇0.25mol,催化剂0.6×10—5 mol,计算该温度下,4~7 h内DMC的平均反应速率:________;计算10 h时,甲醇的转化率:________。
(4)根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图(上右图),判断下列说法正确的是 。
a.由甲醇和CO2直接合成DMC,可以利用价廉易得的甲醇把影响环境的温室气体CO2转化为资源,在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义
b.在反应体系中添加合适的脱水剂,将提高该反应的TON
c.当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加,甲醇的平衡转化率显著提高
d.当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时,随着催化剂用量的增加,DMC的产率反而急剧下降
工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH
图1 (图中表示生成1mol物质时的能量)图2
(1)根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式
(2)该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t1时改变了某种条件,改变的条件可能是。
(3)判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号)。
A.2v(H2)(逆) =v(CO)(正) | B.混合气体的密度不变 |
C.混合气体的平均相对分子质量不变 | D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化 |
E.容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1
(4)在一定温度下,若将4a mol H2和2amol CO放入2L的密闭容器中,充分反应后测得CO的转化率为50%,则该反应的平衡常数为。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H2和amol CH3OH,判断平衡移动的方向是(“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);与原平衡相比,CO的物质的量浓度(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(5)某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料做电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参加循环(见图)。A物质的化学式是_________;该原电池的负极反应式可表示为。
为了减少温室气体排放,目前工业上采用CO2与H2在催化剂作用下反应制备重要化工原料CH3OH的工艺:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)。为了探究其反应原理进行如下实验,在2L恒容的密闭容器内250℃条件下,测得n(CO2)随时间的变化情况如下表:
时间(s) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
n(CO2)(mol) |
0.40 |
0.35 |
0.31 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
根据题目回答下列问题:
(1)0~3 s内用H2表示的平均反应速率是____________;
(2)平衡时CO2的转化率是____________。
(3)能说明反应已达平衡状态的是____________。
A.υ(H2)=3υ(CO2)B.容器内压强保持不变
C.υ逆(CO2)=υ正(CH3OH)D.容器内密度保持不变
(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有 _________。
A.及时分离出产物
B.适当降低温度
C.其他条件不变,增大CO2浓度
用系统命名方法命名下列各有机化合物
(1) (CH3)2CHCH(CH3)2 ______________________________;
(2)______________________________;
有机物A为链烃类化合物,质谱图表明其相对分子质量为70,其相关反应如下图所示,其中A、B的结构中均含有2个—CH3,它们的核磁共振氢谱中均出现4个峰。
请回答:
(1)A的分子式为;
(2)B中所含的官能团为;C的结构简式为:
(3)I的反应类型为;
(4)写出反应Ⅰ的化学方程式:;
(5)请任写两种A的同分异构体的结构简式:
(6)A的同分异构体中有一对互为顺反异构,且结构中有2个—CH3,它们的结构简式为
和。
在80℃时,将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
时间(s) C(mol/L) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
C(N2O4) |
0.20 |
a |
0.10 |
c |
d |
e |
C(NO2) |
0.00 |
0.12 |
b |
0.22 |
0.22 |
0.22 |
反应进行至100s后将反应混合物的温度降低,发现气体的颜色变浅。
请回答下列问题:
(1)该反应的化学方程式为,正反应是(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)20s时,N2O4的的浓度为mol/L,0~20s内N2O4的平均反应速率为。
(3)在80℃时该反应的平衡常数K值为(保留2位小数)。
(4)在其他条件相同时,该反应的K值越大,表明建立平衡时。
A、N2O4的转化率越高 B、NO2的产量越大
C、N2O4与NO2的浓度之比越大 D、正反应进行的程度越大