水煤气法制甲醇工艺流程框图如下 已知：除去水蒸气后的水煤气含5

水煤气法制甲醇工艺流程框图如下

已知：除去水蒸气后的水煤气含55～59%的H_2,15～18%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__________(填字母)。

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)＋O₂(g)CO(g)＋2H₂O(g)

ΔH＝－519 kJ·mol^－1。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T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

②Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

③Z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”“Y”或“Z”)，选择的理由是_____________________________________________。

(3)合成气经压缩升温后进入10 m³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)　ΔH＝－181.6 kJ·mol^－1。T₄℃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：

①比较此时正、逆反应速率的大小：v_正__________(填“＞”“＜”或“＝”)v_逆；

②若加入同样多的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^－1· min^－1。

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

【答案】(1)①K＝　②BC

(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＞　②0.03

(4)提高原料CO、H₂的利用率(或提高产量、产率)

【解析】(1)①根据平衡常数的定义，可知

K＝；②根据化学平衡移动原理，增加一种物质的浓度可以提高另外一种物质的转化率；上述反应为吸热反应，升高温度，结合平衡移动原理，向着吸热文向移动，即正方向移动，故B、C正确，增大压强，向着体积减小，即逆方向移动，碳的转化率降低。

(2)选择催化剂，考虑温度较低，且活性高即催化剂效率高，所以选择Z。

(3)①由浓度商公式，代入此时各物质的浓度，得＝100＜160，即进一步向正方向进行，v_正＞v_逆；②列出三段式，由反应速率的计算公式得v(CH₃OH)＝0.03  mol·L^－1·min^－1。

(4)原料进行循环，一般都是为了提高原料的利用率，提高产率。