Question

【題目】二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，熔點為-141.5℃，沸點為-24.9℃。二甲醚與液化石油氣(LPG)相似，被譽為“21世紀的清潔燃料”。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=-20.0kJ·mol-l

回答下列問題：

（1）反應①為熵___________(填“增加”或“減少”)的反應，__________ (填“低溫”或“高溫”)下易自發進行。

（2）寫出由合成氣(CO、H2) 直接制備二甲醚的熱化學方程式：__________________________________。

（3）溫度為500K時，在2L的密閉容器中充入2 mol CO和6 molH2發生反應①、②，5 min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=________________。

若在500K時，測得容器中n(CH3OCH3)=2n (CH3OH)，此時反應②的v正__ v逆(填“>”、 “< ”或“=”)。
（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轉化率(%)	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的百分比

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】 減小 低溫 2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= -200 kJ·mol-l 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】（1）反應①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -90.0 kJ·mol-1 氣體分子數減少，故熵減少，即△S<0；該反應為放熱反應，要能自發進行，△H-T△S<0，T是熱力學溫度，是正值，故低溫時，△H-T△S<0，該反應在低溫下下易自發進行；

（2）由合成氣(CO、H2) 直接制備二甲醚的化學方程式：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，該反應可由①×2+②得來，故該反應的△H=-200 kJ·mol-l，故該反應的熱化學方程式為：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= -200 kJ·mol-l；

（3）溫度為500K時，在2L的密閉容器中充入2 mol CO和6 molH2發生反應①、②，5 min時達到平衡，平衡時CO的轉化率為60%，c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1，

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度 1 3 0

反應濃度 0.6 1.2 0.6

平衡濃度 0.4 1.8 0.6

H2表示反應①的速率是v= =0.24mol/(L·min)

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始濃度 0.6 0 0

反應濃度 0.4 0.2 0.2

平衡濃度 0.2 0.2 0.2

反應②的平衡常數K= = 1；

若在500K時，測得容器中n(CH3OCH3)=2n (CH3OH)，此時n(CH3OCH3)=n（H2O）=2n (CH3OH)，c(CH3OCH3)=c（H2O）=2c (CH3OH)，此時Qc=0.25>K，平衡將逆向移動，此時

反應②的v正< v逆；

（4）根據表格①相同溫度下，選用Cu/ZnO作催化劑，催化劑只能加快反應速率、降低反應活化能，故選B、C；

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，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。