Question

水煤氣法制甲醇工藝流程框圖如下

                                                             

(注：除去水蒸氣后的水煤氣含55～59%的H₂，15～18%的CO，11～13%的CO₂，少量的H₂S、CH₄，除去H₂S后，可采用催化或非催化轉化技術，將CH₄轉化成CO，得到CO、CO₂和H₂的混合氣體，是理想的合成甲醇原料氣，即可進行甲醇合成)

（1）制水煤氣的主要化學反應方程式為：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g），此反應是吸熱反應。① 此反應的化學平衡常數表達式為                      ；

②下列能提高碳的平衡轉化率的措施是                      。

A．加入C（s）    

B．加入H₂O（g）    

C．升高溫度    

D．增大壓強

（2）將CH₄轉化成CO，工業(yè)上常采用催化轉化技術，其反應原理為：

CH₄ (g)+3/2O₂ (g)CO (g)+2H₂O (g)  △H=-519KJ/mol。工業(yè)上要選擇合適的催化劑，分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗（其他條件相同）

① X在T₁℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；

② Y在T₂℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；

③ Z在T₃℃時催化效率最高，能使逆反應速率加快約1×10⁶倍；

已知：T₁＞T₂＞T₃，根據上述信息，你認為在生產中應該選擇的適宜催化劑是      （填“X”或“Y”或“Z”），選擇的理由是                                          。

（3）合成氣經壓縮升溫后進入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，進行甲醇合成，主要反應是：2H₂(g) + CO(g) CH₃OH(g)  △H₁

已知：CO(g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)  △H＝—283 kJ·mol^—1

      CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g) ＋2H₂O(l)  △H＝—725kJ·mol^—1

H₂O(l)= H₂(g)+ 1/2O₂(g)   △H＝+285.8 kJ·mol^—1

①上述反應中△H₁=             kJ·mol^—1。

②T₄℃下此反應的平衡常數為160。此溫度下，在密閉容器中加入CO、H₂，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol·L－1）	0.2	0.1	0.4

比較此時正、逆反應速率的大�。�v_正         v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

③若加入等物質的量的CO、H₂，在T₅℃反應，10 min后達到平衡，此時c(H₂)＝0.4 mol·L^－1， c(CO)＝0.7 mol·L^－1、則該時間內反應速率v(CH₃OH) ＝               mol·(L·min)^－1。

（4）生產過程中，合成氣要進行循環(huán)，其目的是                                   。

Answer 1

（1）①；          ②BC(2分)

（2）Z ，催化效率高且活性溫度低（或催化活性高速度快，反應溫度低產率高）

（3）①-129.6 (2分)  ②  >      ③0.03 mol·L^－1·min^－1。

（4）提高原料CO、H₂的利用率（或提高產量、產率亦可）。