Question

【題目】除去水蒸氣后的水煤氣主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4，繼續(xù)除去H2S后，可采用催化或非催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，將CH4轉(zhuǎn)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。

（1）制水煤氣的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。

① 此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為________；

② 下列能增大碳的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成CO，工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，其反應(yīng)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(jìn)行如下實驗（其他條件相同）

①X在750℃時催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍；

②Y在600℃時催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×105倍；

③Z在440℃時催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×106倍；

根據(jù)上述信息，你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑是_______（填“X”或“Y”或“Z”），選擇的理由是_______。

（3）合成氣合成甲醇的主要反應(yīng)是：2H2(g)+CO(g) CH3OH（g）△H=－90.8kJ·mol－1 T℃時，此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160，此溫度下，在密閉容器中開始只加入CO、H2，反應(yīng)10min后測得各組分的濃度如下：

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

① 該時間段內(nèi)反應(yīng)速率v(H2)=______ mol·L－1·min－1。

② 此時，正、逆反應(yīng)速率的大�。簐正______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”）

（4）生產(chǎn)過程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是____________。

（5）甲醇可制成新型燃料電池，總反應(yīng)為：2CH3OH+3O2 + 4KOH=2K2CO3+6H2O該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為______。

Answer 1

【答案】K=c(CO)×c(H2)/c(H2O) BC Z 催化效率高且活性溫度低（或催化活性高、速度快，反應(yīng)溫度低） 0.08 ＞ 提高原料利用率（或提高產(chǎn)量、產(chǎn)率也可） CH3OH﹣6e- +8OH﹣=CO32- +6H2O

【解析】

(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=c(CO)c(H2)/c(H2O)。增大C的轉(zhuǎn)化率，需要使平衡向正反應(yīng)方向移動。

A、C為固體，增加C的量對平衡移動無影響，故A不選；

B、加入H2O(g)平衡向正反應(yīng)方向移動，C的轉(zhuǎn)化率增大，故B選；

C、正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，故C選；

D、增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故D不選。

綜上所述，本題應(yīng)選BC；

(2)催化劑對正逆反應(yīng)速率的改變程度是相同的，Z對反應(yīng)速率的影響最大，催化效率高，且活性溫度最低，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

(3) ①由表中數(shù)據(jù)可以知道, 10min內(nèi)甲醇的濃度變化量為0.4mol·L－1,根據(jù)方程式2H2(g)+CO(g) CH3OH（g）可知氫氣的濃度變化量為0.4mol·L－1×2=0.8mol·L－1,所以v(H2)= 0.8mol·L－1÷10min=0.08 mol·L－1·min－1;

②由表中數(shù)據(jù)可以知道,此時的濃度商Qc=0.4/(0.22×0.1)=100,小于平衡常數(shù)160,故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行,所以v正＞v逆;
(4)該反應(yīng)為可逆反應(yīng),氫氣和一氧化碳都不能完全反應(yīng),為提高原料利用率,把甲醇分離出后,把原料氣再循環(huán)利用;
(5)在甲醇燃料電池中，電池正極通入氧氣，氧元素化合價降低，得到電子，電極反應(yīng)為：2H2O+O2+4e-=4OH-；電池負(fù)極通入甲醇，失去電子，電極反應(yīng)可根據(jù)總反應(yīng)2CH3OH+3O2 + 4KOH=2K2CO3+6H2O與正極反應(yīng)相減得負(fù)極反應(yīng)為CH3OH﹣6e- +8OH﹣=CO32- +6H2O。