Question

除去水蒸氣后的水煤氣主要含H₂、CO、CO₂及少量的H₂S、CH₄，繼續除去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．

(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下列能增大碳的轉化率的措施是________；

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，工業上常采用催化轉化技術，其反應原理為：

CH₄(g)＋O₂(g)CO(g)＋2H₂O(g)；ΔH＝－519 kJ/mol．工業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)

①X在750℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；

②Y在600℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；

③Z在440℃時催化效率最高，能使逆反應速率加快約1×10⁶倍；

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)請在坐標圖中，畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標注．

(4)合成氣合成甲醇的主要反應是：

2H₂(g)＋CO(g)CH₃OH(g)；ΔH＝－90.8 kJ·mol^－1，T℃下此反應的平衡常數為160．此溫度下，在密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應10 min后測得各組分的濃度如下：

①該時間段內反應速率v(H₂)＝________mol·L^－1·min^－1．

②比較此時正、逆反應速率的大小：v_正________v_逆(填“＞”、“＜”或“＝”)

(5)生產過程中，合成氣要進行循環，其目的是________．

Answer 1

答案：
解析：

(1)①K＝(2分) 　　②BC(2分) 　　(2)Z(1分)；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)(2分) 　　(3)(3分) 　　(4)①0.08 mol·L－1·min－1(2分) 　　②＞(2分) 　　(5)提高原料利用率(或提高產量、產率也可)(2分)