Question

將煤氣化轉(zhuǎn)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(chǎn)品是一碳化工的極為重要的領(lǐng)域，具有廣闊的前景，在未來相當(dāng)一段時期將成為一碳化工的主要領(lǐng)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(zhuǎn)化技術(shù)，將CH₄轉(zhuǎn)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(xué)反應(yīng)方程式為：C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g），此反應(yīng)是
吸熱反應(yīng)。
① 此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為，                     ；
②下列能增大碳的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成CO，工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，其反應(yīng)原理為：
CH₄ (g)+3/2O₂ (g)CO (g)+2H₂O (g)   △H=－519KJ/mol。工業(yè)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(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
② Y在T₂℃時催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
③ Z在T₃℃時催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根據(jù)上述信息，你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)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(jīng)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(yīng)如下：
2H₂(g) + CO(g) CH₃OH(g)；ΔH ＝－90.8kJ·mol^－1，T₄℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。此溫度下，在密閉容器中加入CO、H₂，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol·L－1）	0.2	0.1	0.4

① 比較此時正、逆反應(yīng)速率的大小：v_正        v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。
② 若加入CO、H₂后，在T₅℃反應(yīng)10min達到平衡，c(H₂)＝0.4 mol·L^－1，則該時間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH₃OH) ＝              mol^－1·(Lmin)^－1。
（4）生產(chǎn)過程中，合成氣要進行循環(huán)，其目的是                           。

Answer 1

⑴①此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)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(yīng)溫度低產(chǎn)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(chǎn)量、產(chǎn)率亦可）。

解析