Question

某煤化廠設計了如下清潔生產工藝，先用兩種方法同時生產原料氣，再調整①②的比例，合成塔中催化劑為CuO/ZnO/Al₂O₃/V₂O₃)。該催化劑在250℃和5MPa的操作條件下表現出很好的活性。合成氣經循環利用，最終碳元素全部轉變甲醇，排空的只有水蒸氣，合成原理簡圖為：

試回答下列問題

（1）工業上用的催化劑由CuO和ZnO組成(質量比為1∶1)，最終體系中含二氧化碳， Cu₂O的比例也保持相對恒定，從平衡角度考慮，該反應的化學方程式為：

                 ▲             。

（2）參考CO+2H₂CH₃OH的平衡常數，工業上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，其可能原因是：                                                ▲                                       。

（3）為使①和②中CO、CO₂及H₂合成甲醇時原子利用率最高，且各物質均無剩余（假定轉化率為100%）。反應①產生的氣體與反應②產生的氣體最佳體積比為            ▲         。

（4）某合作學習小組的同學按照上題（3）的結論，取①的產物與②的產物混合氣體67.2L（標準狀況），其中CO的體積分數為x ，通過模擬裝置合成，得到甲醇的物質的量隨CO體積分數變化的函數關系式，并作出圖象 (假定CO先與H₂反應,CO完全反應后，CO₂才與H₂反應，且各步轉化率均為100%)。

Answer 1

（1）CO+2CuOCu₂O+CO₂(或CO+CuOCu+CO₂)

（2）溫度低平衡產率高，但反應速率達到平衡的時間，經濟效益不高，且這種催化劑可能在250℃下活潑最大；采中稍高的壓強有利于提高原料氣的轉化率，更高的壓強雖可提高轉化率但動力消耗大，經濟效益反應不高

（3）4:1

（4）解：當x =0.2 ,y =0.9 mol ;0≤x＜0.2　,y=2x+0.5　

0.2＜x≤0.25 ,y=1.5-3x

(第4小題4分，其它每小題2分，共10分)

解析: