Question

【題目】二甲醚CH3OCH3又稱甲醚，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃。由合成氣(CO、H2)制備二甲醚的反應原理如下：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1 =-90.0 kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H2 = -20.0 kJ·mol-1

回答下列問題：

(1)反應①在_____________(填“低溫”或“高溫”)下易自發進行。

(2)寫出由合成氣(CO、H2)直接制備CH3OCH3的熱化學方程式：______________。

(3)溫度為500K時，在2L的密閉容器中充入2mol CO和6molH2發生反應①、②，5min時達到平衡，平衡時CO的轉化率為60%，c(CH3OCH3) = 0.2 mol·L-1，用H2表示反應①的速率是________，反應②的平衡常數K =____________。

(4)研究發現，在體積相同的容器中加入物質的量相同的CO和H2發生反應①、②，在不同溫度和有無催化劑組合下經過相同反應時間測得如下實驗數據：

T(K)	催化劑	CO轉化(％)	CH3OCH3選擇性(％)
473	無	10	36
500	無	12	39
500	Cu/ZnO	20	81

（備注）二甲醚選擇性：轉化的CO中生成CH3OCH3百分比

①相同溫度下，選用Cu/ZnO作催化劑，該催化劑能_______ (填標號)。

A．促進平衡正向移動 B．提高反應速率 C．降低反應的活化能

D．改變反應的焓變 E.提高CO的平衡轉化率

②表中實驗數據表明，在500K時，催化劑Cu/ZnO對CO轉化成CH3OCH3的選擇性有顯著的影響，其原因是__________________________。

Answer 1

【答案】低溫 2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3(g) + H2O(g) △H =-200 kJ·mol-1 0.24mol/(L·min) 1 B、C 由表中數據可知，此時反應體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應②，從而在相同時間內生成更多的CH3OCH3

【解析】

本題考查的是化學平衡知識。

（1）反應①是放熱的體積減小的可逆反應，則根據△G=△H-T·△S可知在低溫下易自發進行。

（2）根據蓋斯定律可知①×2+②即得到由合成氣（CO、H2）直接制備CH3OCH3的熱化學反應方程式為2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3(g) + H2O(g)△H=-200 kJ·mol-1。

（3）按平衡的三段式可求出用H2表示反應①的速率和可逆反應②的平衡常數K。

（1）反應①是放熱的體積減小的可逆反應，則根據△G=△H-T·△S可知在低溫下易自發進行。本小題答案為：低溫。

（2）根據蓋斯定律可知①×2+②即得到由合成氣（CO、H2）直接制備CH3OCH3的熱化學反應方程式為2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3(g) + H2O(g)△H=-200 kJ·mol-1。本小題答案為：2CO(g)+4H2(g)= CH3OCH3(g) + H2O(g)△H=-200 kJ·mol-1。

（3）溫度為500K時，在2L的密閉容器中充入2mol CO和6molH2發生反應①、②，5min時達到平衡，平衡時CO的轉化率為60%，即消耗CO是1.2mol，所以消耗氫氣是2.4mol，濃度是1.2mol/L則用H2表示反應①的速率是1.2mol/L÷5min=0.24mol/(L·min)。平衡時c(CH3OCH3) = 0.2 mol·L-1，所以水蒸氣的濃度也是0.2 mol·L-1，甲醇的濃度是0.6mol/L-0.2mol/L×2=0.2mol/L，所以反應②的平衡常數K=（0.2×0.2）/0.22=1。本小題答案為：0.24mol/(L·min)；1。

（4）①A.催化劑不能改變平衡狀態，故A錯誤；

B.催化劑可以提高反應速率，故B正確；

C.催化劑可以降低反應的活化能，故C正確；

D.催化劑不能改變反應的焓變，故D錯誤；

E.催化劑不能改變平衡狀態，即不能提高CO的平衡轉化率，故E錯誤。答案選B、C。

②由表中數據可知，此時反應體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應②，從而在相同時間內生成更多的CH3OCH3。本小題答案為：由表中數據可知，此時反應體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應②，從而在相同時間內生成更多的CH3OCH3。