Question

氫氣被譽為21世紀的新型清潔能源，能有效降低二氧化碳的排放．以甲醇為原料經(jīng)過重整可以獲得氫氣．其工業(yè)流程如下：

請回答以下問題：
（1）液態(tài)甲醇霧化后與水蒸氣混合，其目的是

 

；該工業(yè)流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是

 

（填名稱）．
（2）為了測定CH₃OH（g）+H₂O（g）→CO₂（g）+3H₂（g）的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的甲醇和水蒸氣濃度如下：

時間  s	0	1	2	3	4	5
C（CH3OH） /mol．L-1	1.00×10-3	4.50×10-4	2.5 0×10-4	1.50×10-4	1.00×10-4	1.00×10-4
C（H2O） mol．L-1	3.60×10-3	3.05×10-3	2.85×10-3	2.75×10-3	2.7×10-3	2.7×10-3

①前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

②在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

 

．
（3）為了研究反應(yīng)條件對CO含量的影響，在甲醇含量為50%，原料液進料量60mL/h的情況下，在常壓下和在不同催化環(huán)境下得到了反應(yīng)溫度與CO含量的關(guān)系圖．從圖中得到的有關(guān)結(jié)論是

 

（寫出其中一個即可）
（4）為研究反應(yīng)中壓強對CO含量的影響，請簡述你的實驗方案：

 

．

Answer 1

分析：（1）液態(tài)甲醇霧化后與水蒸氣混合，增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)；
工業(yè)流程中前面用到的物質(zhì)在后續(xù)過程中又生成該物質(zhì)，則該物質(zhì)可以循環(huán)利用，結(jié)合工業(yè)流程解答；
（2）①根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；
②化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
（3）CO的含量越低越好，據(jù)此結(jié)合圖象解答；
（4）采用控制變量法設(shè)計，其它條件不變，測定不同壓強下CO含量．

解答：解：（1）液態(tài)甲醇霧化后與水蒸氣混合，增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
由工業(yè)流程可知，循環(huán)利用的物質(zhì)是CO，
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；CO；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，△c（CH₃OH）=1×10^-3mol/L-2.5×10^-4mol/L=7.5×10^-4mol/L，
故v（CH₃OH）=

7.5×10-4mol/L

2s

=3.75×10^-4mol/（L?s），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故
v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×3.75×10^-4mol/（L?s）=1.125×10^-3mol/（L?s）=，
故答案為：1.125×10^-3mol/（L?s）；
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數(shù)k=

c3(H2)?c(CO2)

c(CH3OH)?c(H2O)

，
故答案為：

c3(H2)?c(CO2)

c(CH3OH)?c(H2O)

；
（3）CO的含量越低越好，由圖象可知，溫度在230℃時CO的含量最低，故最佳反應(yīng)溫度為230℃，
故答案為：最佳反應(yīng)溫度為230℃；
（4）采用控制變量法設(shè)計，其它條件不變，測定不同壓強下CO含量，故實驗方案為：在甲醇含量為50%，原料液進料量60mL/h，溫度一定情況下，測定不同壓強下CO含量，
故答案為：在甲醇含量為50%，原料液進料量60mL/h，溫度一定情況下，測定不同壓強下CO含量．

點評：本題考查化學反應(yīng)速率計算、化學平衡常數(shù)、對實驗條件的控制探究等，難度中等，注意利用控制變量法進行方案設(shè)計．