Question

除去雜質(zhì)后的水煤氣主要含H₂、CO，是理想的合成甲醇的原料氣。
（1）生產(chǎn)水煤氣過程中有以下反應(yīng)：①C(s)+CO₂₍g)2CO(g)  △H₁；
②CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)  △H₂；③C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)  △H₃；
上述反應(yīng)△H₃與△H₁、△H₂之間的關(guān)系為                       。
（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：2CH₄(g)＋3O₂(g)4CO(g)＋4H₂O(g)   △H=－1038kJ/mol。工業(yè)上要選擇合適的催化劑，分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗（其他條件相同）：
①X在750℃時催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
②Y在600℃時催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
③Z在440℃時催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×10⁶倍；
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）請在答題卡中，畫出（2）中反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進行必要標(biāo)注。
（4）合成氣合成甲醇的主要反應(yīng)是：2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g) △H=－90.8kJ·mol^－1，T℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。
此溫度下，在密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應(yīng)10min后測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol·L－1）	0.20	0.10	0.40

 
①該時間段內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H₂)=                       。
②比較此時正、逆反應(yīng)速率的大�。簐(正)      v (逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）
（5）生產(chǎn)過程中，合成氣要進行循環(huán)，其目的是                                 。

Answer 1

（16分）
（1）△H₃=△H₁+△H₂（2分）
（2）Z（2分） 催化效率高且活性溫度低，節(jié)能（或催化活性高、速度快，反應(yīng)溫度低）（3分）
（3）畫圖如下（3分）：

（4）①0.080 mol·L^－1·min^－1 （2分）   ②＞（2分）
（5）提高原料利用率（或提高產(chǎn)量、產(chǎn)率也可）（2分）

試題分析：（1）觀察3個熱化學(xué)方程式，發(fā)現(xiàn)①+②=③，根據(jù)蓋斯定律，△H₃=△H₁+△H₂；（2）正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，不利于甲烷轉(zhuǎn)化為CO，因此選擇Z催化劑，因為催化效率高且活性溫度低，節(jié)能（或催化活性高、速度快，反應(yīng)溫度低）；（3）畫圖要點：反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；無催化劑時正、逆反應(yīng)的活化能較高；催化劑能降低正、逆反應(yīng)的活化能，對焓變、反應(yīng)物或生成物的總能量無影響，有催化劑時正、逆反應(yīng)的活化能較低；標(biāo)注反應(yīng)物、生成物、△H、無催化劑、有催化劑；（4）①先用定義式求v(CH₃OH)，再用系數(shù)之必等于速率之比求v(H₂)，即v(CH₃OH)=△c(CH₃OH)/△t=(0.40—0)mol/L÷10min=0.040mol/(L?min)，由于v(H₂)/v(CH₃OH)=2/1，則v(H₂)=2v(CH₃OH)= 0.080mol/(L?min)，保留兩位有效數(shù)字；②此時c(CH₃OH)/[ c²(H₂)?c(CO)]=0.40/[0.20²×0.10]=100，由于100<K=160，為了能達到該溫度下的平衡常數(shù)，說明該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，即v(正)> v(逆)；（5）合成氣循環(huán)利用的目的是提高原料利用率(或提高產(chǎn)量、產(chǎn)率也可)。