题目内容
【题目】二甲醚又称甲醚，简称DME，熔点为-141.5℃，沸点为-24.9℃。二甲醚与液化石油气(LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下：
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) △H1= -90.0 kJ·mol-1
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mol-l
回答下列问题：
（1）反应①为熵___________(填“增加”或“减少”)的反应，__________ (填“低温”或“高温”)下易自发进行。
（2）写出由合成气(CO、H2) 直接制备二甲醚的热化学方程式：__________________________________。
（3）温度为500K时，在2L的密闭容器中充入2 mol CO和6 molH2发生反应①、②，5 min时达到平衡，平衡时CO的转化率为60%，c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1，用H2表示反应①的速率是______________，反应②的平衡常数K=________________。
若在500K时，测得容器中n(CH3OCH3)=2n (CH3OH)，此时反应②的v正__ v逆(填“>”、 “< ”或“=”)。
（4）研究发现，在体积相同的容器中加入物质的量相同的CO和H2发生反应①、②，在不同温度和有无催化剂组合下经过相同反应时间测得如下实验数据：
T(K) | 催化剂 | CO转化率(%) | CH3OCH3选择性(%) |
473 | 无 | 10 | 36 |
500 | 无 | 12 | 39 |
500 | Cu/ZnO | 20 | 81 |
[备注]二甲醚选择性：转化的CO中生成CH3OCH3的百分比
①相同温度下，选用Cu/ZnO作催化剂，该催化剂能____________ (填标号)。
A.促进平衡正向移动 B.提高反应速率 C.降低反应的活化能
D.改变反应的焓变 E.提高CO的平衡转化率
②表中实验数据表明，在500K时，催化剂Cu/ZnO对CO转化成CH3OCH3的选择性有显著的影响，其原因是_________________________________________________。
【答案】 减小 低温 2CO(g)+4H2(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= -200 kJ·mol-l 0.24mol/(L·min) 1 < B、C 由表中数据可知，此时反应体系尚未建立平衡，催化剂可加速反应②，从而在相同时间内生成更多的CH3OCH3
【解析】（1）反应①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) △H1= -90.0 kJ·mol-1 气体分子数减少，故熵减少，即△S<0；该反应为放热反应，要能自发进行，△H-T△S<0，T是热力学温度，是正值，故低温时，△H-T△S<0，该反应在低温下下易自发进行；
（2）由合成气(CO、H2) 直接制备二甲醚的化学方程式：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，该反应可由①×2+②得来，故该反应的△H=-200 kJ·mol-l，故该反应的热化学方程式为：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H= -200 kJ·mol-l；
（3）温度为500K时，在2L的密闭容器中充入2 mol CO和6 molH2发生反应①、②，5 min时达到平衡，平衡时CO的转化率为60%，c(CH3OCH3)=0.2 mol·L-1，
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始浓度 1 3 0
反应浓度 0.6 1.2 0.6
平衡浓度 0.4 1.8 0.6
H2表示反应①的速率是v=
=0.24mol/(L·min)
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始浓度 0.6 0 0
反应浓度 0.4 0.2 0.2
平衡浓度 0.2 0.2 0.2
反应②的平衡常数K= 
= 1；
若在500K时，测得容器中n(CH3OCH3)=2n (CH3OH)，此时n(CH3OCH3)=n（H2O）=2n (CH3OH)，c(CH3OCH3)=c（H2O）=2c (CH3OH)，此时Qc=0.25>K，平衡将逆向移动，此时
反应②的v正< v逆；
（4）根据表格①相同温度下，选用Cu/ZnO作催化剂，催化剂只能加快反应速率、降低反应活化能，故选B、C；
②表中实验数据表明，在500K时，催化剂Cu/ZnO对CO转化成CH3OCH3的选择性有显著的影响，由表中数据可知，此时反应体系尚未建立平衡，催化剂可加速反应②，从而在相同时间内生成更多的CH3OCH3。
