Question

将水煤气转化成合成气，然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H₂、CO、CO₂及少量的H₂S、CH₄，继续除去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。
(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下列能增大碳的转化率的措施是       。

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)  ΔH="-519" kJ/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)
①X在750℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
②Y在600℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③Z在440℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；
已知根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是        (填“X”、“Y”或“Z”)，选择的理由是         。

Answer 1

(1)①K=c(CO)c(H₂)/c(H₂O)
②B、C  (2)Z  催化剂效率高且活性温度低

(1)C(s)＋H₂O(g)CO(g)＋H₂(g)的平衡常数表达式为K=c(CO)c(H₂)/c(H₂O)。增大C的转化率，需要使平衡向正反应方向移动，C为固体对平衡移动无影响；加入H₂O(g)平衡向正反应方向移动，C的转化率增大；正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动；增大压强，平衡向逆反应方向移动。
(2)催化剂对正逆反应速率的改变程度是相同的，Z对反应速率的影响最大，且反应需要的温度最低，有利于提高经济效益