Question

將煤氣化轉(zhuǎn)化成合成氣，然后通過(guò)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(lái)相當(dāng)一段時(shí)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(jìn)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）

高溫

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(dá)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(qiáng)
（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

2

O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H=-519KJ/mol．工業(yè)上要選擇合適的催化劑，分別對(duì)X、Y、Z三種催化劑進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（其他條件相同）
①X在T₁℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
②Y在T₂℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
③Z在T₃℃時(shí)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(jìn)入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，進(jìn)行甲醇合成，主要反應(yīng)如下：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；△H=-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(shí)刻測(cè)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(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正

 

v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CO、H₂后，在T₅℃反應(yīng)10min達(dá)到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，則該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

mol^-1?（L?min）^-1．
（4）生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
②增大碳的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取措施使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，結(jié)合外界條件對(duì)平衡移動(dòng)影響分析；
（2）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低；
（3）①計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，據(jù)此解答；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)計(jì)算起始量，結(jié)合三段式列式計(jì)算，根據(jù)甲氫氣的濃度變化計(jì)算甲醇的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH）；
（4）合成氣進(jìn)行循環(huán)，可以提高原料利用率．

解答： 解：（1）①C（s）+H₂O（g）

高溫  .

CO（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)×c(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)×c(H2)

；
②A．加入固體C（s），不影響平衡移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；
B．加入H₂O（g），水蒸氣的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，碳的轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，碳的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，碳的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（2）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低，故選擇Z，
故答案為：Z；催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，10min時(shí)氫氣的濃度為0.2mol/L、CO的濃度為0.1mol/L、甲醇的濃度為0.4mol/L，則此時(shí)的濃度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常數(shù)160，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故V_正＞V_逆，故答案為：＞；
②依據(jù)圖表計(jì)算起始量；
               2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  1       0.5       0
變化量（mol/L）  0.8     0.4      0.4
T4時(shí)（mol/L）   0.2     0.1       0.4
若加入CO、H₂后，在T₅℃反應(yīng)10min達(dá)到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，由表中數(shù)據(jù)可知，l0min內(nèi)氫氣的濃度變化量為0.6mol/L，故甲醇的濃度變化量為0.3mol/L，故v（CH₃OH）=

0.3mol/L

10min

=0.03mol/（L?min），
故答案為：0.03；
（4）生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，這樣可以提高原料利用率，故答案為：提高原料利用率（或提高產(chǎn)量、產(chǎn)率亦可）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、反應(yīng)中能量變化等，難度中等，注意理解掌握平衡常數(shù)的用途．