Question

【題目】碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，簡稱DMC），是一種應用前景廣泛的新材料，實驗室中可用甲醇、CO、CO2等進行合成。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的標準燃燒熱為：283.0kJmol1，

②1mol H2O（l）完全蒸發變成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＝_____。

該反應在常壓和70～120℃條件下就能自發反應的原因是_______________。

（3）由上述反應可知甲醇和CO2可直接合成DMC但甲醇轉化率通常不會超過1%，制約該反應走向工業化生產．

①寫出該反應平衡常數表達式：______________ ；

②在恒容密閉容器中發生上述反應，能說明已達到平衡狀態的是____（選填編號）．

A．v正（CH3OH）＝2v逆（CO2）

B．CH3OCOOCH3與H2O的物質的量之比保持不變

C．容器內氣體的密度不變D．容器內壓強不變

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，研究反應時間對甲醇轉化數（TON）的影響，其變化曲線如圖1所示．（計算公式為：TON＝轉化的甲醇的物質的量/催化劑的物質的量）。

在該溫度下，最佳反應時間是_________h；4～10h內DMC的平均反應速率是_______ ．

（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構成燃料電池，請寫出該電池負極的電極反應式____________________________

Answer 1

【答案】-342.5 kJmol1因為該反應△H<0 △S<0 ，在較低溫度下可以自發進行AD107.5×10-4 molL1h-1CH3OCOOCH3-12e-+18OH-= 3CO32-+ 12H2O

【解析】本題考查熱化學、電化學、化學平衡有關知識點，知識跨度大，熟練掌握相關知識點，能較好的完成本題。

（1）二氧化碳為共價化合物，碳與氧原子間共用四個電子，電子式為，

（2）根據蓋斯定律作答，根據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方程式①+③-②即可得到，則△H=△H1-△H2+△H3=-342.5 kJmol1 。該反應的△H<0，△S<0，根據吉布斯自由能可知，低溫時，△G<0 ，反應可自發進行。

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

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

③ 由圖可知，反應10小時時，TON較大，10小時后，TON變化不明顯，故最佳反應時間為10小時。6小時內，甲醇的物質的量改變值為（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DMC的平均反應速率是7.5×10-4 molL1h-1。

（4）該電池為燃料電池，A極通入燃料CH3OCOOCH3，做負極，發生氧化反應，電解質為KOH，負極反應為CH3OCOOCH3-12e-+18OH-= 3CO32-+ 12H2O