Question

【題目】甲醇是一種重要的有機化工原料，需求量巨大．目前我國獨創(chuàng)的聯(lián)醇工藝的核心是采用一氧化碳加氫中壓合成法．主要反應(yīng)如下：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=﹣111.0kJ/mol另有副反應(yīng)：2CO+2H2O═CO2+CH4 等；中壓法操作：壓力為10﹣15MPa，溫度控制在513K﹣543K，所用催化劑是CuO﹣ZnO﹣Al2O3 ． 合成甲醇的流程如圖所示，

請回答：
（1）實際生產(chǎn)中CO不能過量，以免生成羰基鐵使催化劑失去活性，而氫氣過量是有益的，指出兩點理由：、 ．
（2）采取10﹣15MPa壓力的作用是；溫度控制在513K﹣543K的原因是 ．
（3）原料氣中的H2S對銅催化劑影響甚重，故必先去除之，通常用生石灰除雜，該反應(yīng)的化學方程式為：
（4）粗甲醇中含有二甲醚等副產(chǎn)物，在常壓下蒸餾粗甲醇，首先獲得的餾分是（寫結(jié)構(gòu)簡式）；獲得的甲醇又可在銀催化下氧化成甲醛，該反應(yīng)的化學方程式為： ．
（5）若CO的轉(zhuǎn)化率為80%，當有22.4M3（標況）CO與過量H2充分反應(yīng)（不計其它副反應(yīng)），可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為kg，同時獲得熱量kJ．

Answer 1

【答案】
（1）既可以防止或減少副反應(yīng)發(fā)生；又可帶走反應(yīng)熱避免催化劑過熱而中毒
（2）加壓有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強度，故宜采取經(jīng)濟效益較好的壓力；此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大
（3）H2S+CaO=CaS+H2O
（4）CH3OCH3；2CH3OH+O2 2HCHO+2H2O
（5）26.67；8.88×104
【解析】解：（1）氫氣過量提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，防止副反應(yīng)發(fā)生，大量的氣流又可帶走反應(yīng)熱量，故答案為：既可以防止或減少副反應(yīng)發(fā)生，又可帶走反應(yīng)熱避免催化劑過熱而中毒；（2）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=﹣111.0kJ/mol，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強雖然有利于平衡正向移動，提高甲醇的產(chǎn)量，但壓力大對設(shè)備的強度要求高成本大，所以加壓有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強度，故宜采取經(jīng)濟效益較好的壓力，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從有利于甲醇生成的角度應(yīng)是低溫，但溫度過低達不到催化劑的活性，所以此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大，故答案為：加壓有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強度，故宜采取經(jīng)濟效益較好的壓力；此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大；（3）原料氣中的H2S對銅催化劑影響甚重，故必先去除之，通常用生石灰除雜，生成硫化鈣和水，所以反應(yīng)的化學方程式為H2S+CaO=CaS+H2O，故答案為：H2S+CaO=CaS+H2O；（4）甲醇分子間存在氫鍵，所以沸點高于二甲醚，所以首先獲得的餾分是二甲醚，醇的催化氧化實質(zhì)是脫氫，所以反應(yīng)方程式為：2CH3OH+O2 2HCHO+2H2O，故答案為：CH3OCH3 ， 2CH3OH+O2 2HCHO+2H2O；（5）根據(jù) CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），得1mol的一氧化碳生成32×10﹣3kg的甲醇，22.4M3（標況）的物質(zhì)的量為： =103mol，所以可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為 =26.67kg，根據(jù)CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=﹣111.0kJ/mol，1molCO完全反應(yīng)放出111KJ的熱量，103mol×80%=800mol，所以放出熱量為：111×800=8.88×104kJ，故答案為：26.67kg；8.88×104kJ． 氣態(tài)烴、水蒸氣和空氣制備氫氣、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等混合氣體，通過凈化除去二氧化碳得到氫氣、一氧化碳和硫化氫，然后除去硫化氫，最終得到二氧化碳和氫氣的混合氣體，經(jīng)壓縮得液態(tài)的一氧化碳和氫氣，然后在合成塔中合成得到粗產(chǎn)品，經(jīng)分餾得甲醇，（1）氫氣過量提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，防止副反應(yīng)發(fā)生，大量的氣流又可帶走反應(yīng)熱量；（2）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=﹣111.0kJ/mol，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強雖然有利于平衡正向移動，提高甲醇的產(chǎn)量，但壓力大對設(shè)備的強度要求高成本大，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從有利于甲醇生成的角度應(yīng)是低溫，但溫度過低達不到催化劑的活性；（3）原料氣中的H2S對銅催化劑影響甚重，故必先去除之，通常用生石灰除雜，生成硫化鈣和水，所以反應(yīng)的化學方程式為H2S+CaO=CaS+H2O；（4）甲醇分子間存在氫鍵，所以沸點高于二甲醚，所以首先獲得的餾分是二甲醚，醇的催化氧化實質(zhì)是脫氫，所以反應(yīng)方程式為：2CH3OH+O2 2HCHO+2H2O；（5）根據(jù) CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），得1mol的一氧化碳生成32×10﹣3kg的甲醇，22.4M3（標況）的物質(zhì)的量為： =103mol，根據(jù)CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）；△H=﹣111.0kJ/mol，1molCO完全反應(yīng)放出111KJ的熱量，由此分析解答．