Question

將煤氣化轉化成合成氣，然后通過一碳化工路線合成各種油品和石化產品是一碳化工的極為重要的領域，具有廣闊的前景，在未來相當一段時期將成為一碳化工的主要領域。

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)+3/2O₂ (g)CO (g)+2H₂O (g)   △H=－519KJ/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）

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，主要反應如下：

2H₂(g) + CO(g) CH₃OH(g)；ΔH ＝－90.8kJ·mol^－1，T₄℃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

① 比較此時正、逆反應速率的大小：v_正        v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CO、H₂后，在T₅℃反應10min達到平衡，c(H₂)＝0.4 mol·L^－1，則該時間內反應速率v(CH₃OH) ＝              mol^－1·(Lmin)^－1。

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

 

Answer 1

⑴①此反應的化學平衡常數表達式為，K=；

②BC

⑵Z，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>。

②0.03 mol·L^－1·min^－1。（3分）

（4）提高原料利用率（或提高產量、產率亦可）。

解析:略