Question

水煤气法制甲醇工艺流程框图如下

                                                             

(注：除去水蒸气后的水煤气含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转化技术，将CH₄转化成CO，得到CO、CO₂和H₂的混合气体，是理想的合成甲醇原料气，即可进行甲醇合成)

（1）制水煤气的主要化学反应方程式为：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g），此反应是吸热反应。① 此反应的化学平衡常数表达式为                      ；

②下列能提高碳的平衡转化率的措施是                      。

A．加入C（s）    

B．加入H₂O（g）    

C．升高温度    

D．增大压强

（2）将CH₄转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为：

CH₄ (g)+3/2O₂ (g)CO (g)+2H₂O (g)  △H=-519KJ/mol。工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）

① X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

② Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

③ Z在T₃℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；

已知：T₁＞T₂＞T₃，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是      （填“X”或“Y”或“Z”），选择的理由是                                          。

（3）合成气经压缩升温后进入10m³甲醇合成塔，在催化剂作用下，进行甲醇合成，主要反应是：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上述反应中△H₁=             kJ·mol^—1。

②T₄℃下此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中加入CO、H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/（mol·L－1）	0.2	0.1	0.4

比较此时正、逆反应速率的大小：v_正         v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

③若加入等物质的量的CO、H₂，在T₅℃反应，10 min后达到平衡，此时c(H₂)＝0.4 mol·L^－1， c(CO)＝0.7 mol·L^－1、则该时间内反应速率v(CH₃OH) ＝               mol·(L·min)^－1。

（4）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是                                   。

Answer 1

（1）①；          ②BC(2分)

（2）Z ，催化效率高且活性温度低（或催化活性高速度快，反应温度低产率高）

（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（或提高产量、产率亦可）。