Question

2．甲醇和CO₂可直接合成DMC：2CH₃OH（g）+CO₂ （g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g），但甲醇转化率通常不会超过1%，制约该反应走向工业化生产．
（1）在恒容密闭容器中发生上述反应，能说明反应达到平衡状态的是D（双选）．
A．2v_正（CH₃OH）=v_逆（CO₂）           
B．CH₃OH与H₂O的物质的量之比保持不变
C．容器内气体的密度不变         
D．容器内压强不变
（2）某研究小组在某温度下，在100mL恒容密闭容器中投入2.5mol CH₃OH（g）、适量CO₂和6×10^-5 mol催化剂，研究反应时间对甲醇转化数（TON）的影响，其变化曲线如图所示．
计算公式为：TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量．在该温度下，最佳反应时间是10h；4～7h内碳酸二甲酯的平均反应速率是1×10^-3mol/L•h．

Answer 1

分析 （1）可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等且不为零，各组分的浓度不再变化；该反应的特点为：一是可逆反应；二是反应前后气体体积不相等，据此判断反应是否达到平衡状态；
（2）由图可知10h时TON的值最大，依据TON=$\frac{转化的甲醇的物质的量}{催化剂的物质的量}$，计算转化的甲醇的物质的量，结合反应速率还能计算得到甲醇反应速率，反应速率之比等于化学方程式计量数之比得到DMC的平均反应速率；

解答 解：（1）A．同一反应中，用不同物质表示的速率之比等于方程式计量系数之比，所以v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（CH₃OH），而2v_正（CH₃OH）=v_逆（CO₂），所以v_正（CO₂）≠v_逆（CO₂），反应未达到平衡状态，故A错误；
B．平衡时CH₃OCOOCH₃与H₂O的物质的量之比可能保持不变，也可能变化，所以不能作为达到平衡的判断标准，故B错误；
C．依据ρ=$\frac{m}{V}$可知，反应物生成物都是气体，所以m为定值，恒容容器V不变，则ρ无论是否达到平衡都不变，故C错误；
D.2CH₃OH（g）+CO₂ （g）?CH₃OCOOCH₃ （g）+H₂O（g），反应前后气体系数和不相等，气体总压不变可以作为判断标志，故D正确；
故选：D；
（2）由图可知10h时TON的值最大；
图象分析，4～7h内TON为10，依据TON=$\frac{转化的甲醇的物质的量}{催化剂的物质的量}$，计算转化的甲醇的物质的量=10×6×10^-5 mol=60×10^-5mol，反应甲醇的反应速率=
$\frac{\frac{60×1{0}^{-5}mol}{0.1L}}{（7-4）h}$=2×10^-3mol/L•h，V（DMC）=$\frac{1}{2}$V（CH₃OH）=1×10^-3mol/L•h，
故答案为：10h；1×10^-3mol/L•h．

点评 本题考查图象分析方法，反应热的计算，平衡影响因素，中等难度，充分运用题中信息是解答本题的关键，题目难度中等．