Question

【题目】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) △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）

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；

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）合成气合成甲醇的主要反应是：2H2(g)+CO(g) CH3OH（g）△H=－90.8kJ·mol－1 T℃时，此反应的平衡常数为160，此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后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

① 该时间段内反应速率v(H2)=______ mol·L－1·min－1。

② 此时，正、逆反应速率的大小：v正______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”）

（4）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是____________。

（5）甲醇可制成新型燃料电池，总反应为：2CH3OH+3O2 + 4KOH=2K2CO3+6H2O该电池负极的电极反应式为______。

Answer 1

【答案】K=c(CO)×c(H2)/c(H2O) BC 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） 0.08 ＞ 提高原料利用率（或提高产量、产率也可） CH3OH﹣6e- +8OH﹣=CO32- +6H2O

【解析】

(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。

A、C为固体，增加C的量对平衡移动无影响，故A不选；

B、加入H2O(g)平衡向正反应方向移动，C的转化率增大，故B选；

C、正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，故C选；

D、增大压强，平衡向逆反应方向移动，故D不选。

综上所述，本题应选BC；

(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，催化效率高，且活性温度最低，有利于提高经济效益。

(3) ①由表中数据可以知道, 10min内甲醇的浓度变化量为0.4mol·L－1,根据方程式2H2(g)+CO(g) CH3OH（g）可知氢气的浓度变化量为0.4mol·L－1×2=0.8mol·L－1,所以v(H2)= 0.8mol·L－1÷10min=0.08 mol·L－1·min－1;

②由表中数据可以知道,此时的浓度商Qc=0.4/(0.22×0.1)=100,小于平衡常数160,故反应向正反应方向进行,所以v正＞v逆;
(4)该反应为可逆反应,氢气和一氧化碳都不能完全反应,为提高原料利用率,把甲醇分离出后,把原料气再循环利用;
(5)在甲醇燃料电池中，电池正极通入氧气，氧元素化合价降低，得到电子，电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-；电池负极通入甲醇，失去电子，电极反应可根据总反应2CH3OH+3O2 + 4KOH=2K2CO3+6H2O与正极反应相减得负极反应为CH3OH﹣6e- +8OH﹣=CO32- +6H2O。