Question

【題目】二甲醚CH3OCH3又稱(chēng)甲醚，熔點(diǎn)-141.5℃，沸點(diǎn)-24.9℃。由合成氣(CO、H2)制備二甲醚的反應(yīng)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(wèn)題：

(1)反應(yīng)①在_____________(填“低溫”或“高溫”)下易自發(fā)進(jìn)行。

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

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

(4)研究發(fā)現(xiàn)，在體積相同的容器中加入物質(zhì)的量相同的CO和H2發(fā)生反應(yīng)①、②，在不同溫度和有無(wú)催化劑組合下經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

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

（備注）二甲醚選擇性：轉(zhuǎn)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(biāo)號(hào))。

A．促進(jìn)平衡正向移動(dòng) B．提高反應(yīng)速率 C．降低反應(yīng)的活化能

D．改變反應(yīng)的焓變 E.提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率

②表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在500K時(shí)，催化劑Cu/ZnO對(duì)CO轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)可知，此時(shí)反應(yīng)體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應(yīng)②，從而在相同時(shí)間內(nèi)生成更多的CH3OCH3

【解析】

本題考查的是化學(xué)平衡知識(shí)。

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

（2）根據(jù)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(xué)反應(yīng)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(yīng)①的速率和可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù)K。

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

（2）根據(jù)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(xué)反應(yīng)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(shí)，在2L的密閉容器中充入2mol CO和6molH2發(fā)生反應(yīng)①、②，5min時(shí)達(dá)到平衡，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)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(yīng)①的速率是1.2mol/L÷5min=0.24mol/(L·min)。平衡時(shí)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(yīng)②的平衡常數(shù)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(tài)，故A錯(cuò)誤；

B.催化劑可以提高反應(yīng)速率，故B正確；

C.催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，故C正確；

D.催化劑不能改變反應(yīng)的焓變，故D錯(cuò)誤；

E.催化劑不能改變平衡狀態(tài)，即不能提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，故E錯(cuò)誤。答案選B、C。

②由表中數(shù)據(jù)可知，此時(shí)反應(yīng)體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應(yīng)②，從而在相同時(shí)間內(nèi)生成更多的CH3OCH3。本小題答案為：由表中數(shù)據(jù)可知，此時(shí)反應(yīng)體系尚未建立平衡，催化劑可加速反應(yīng)②，從而在相同時(shí)間內(nèi)生成更多的CH3OCH3。