Question

氢气被誉为21世纪的新型清洁能源，能有效降低二氧化碳的排放．以甲醇为原料经过重整可以获得氢气．其工业流程如下：

请回答以下问题：
（1）液态甲醇雾化后与水蒸气混合，其目的是

 

；该工业流程中可以循环利用的物质是

 

（填名称）．
（2）为了测定CH₃OH（g）+H₂O（g）→CO₂（g）+3H₂（g）的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的甲醇和水蒸气浓度如下：

时间  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内的平均反应速率v（H₂）=

 

②在该温度下，反应的平衡常数表达式K=

 

．
（3）为了研究反应条件对CO含量的影响，在甲醇含量为50%，原料液进料量60mL/h的情况下，在常压下和在不同催化环境下得到了反应温度与CO含量的关系图．从图中得到的有关结论是

 

（写出其中一个即可）
（4）为研究反应中压强对CO含量的影响，请简述你的实验方案：

 

．

Answer 1

分析：（1）液态甲醇雾化后与水蒸气混合，增大反应物的接触面积，加快反应；
工业流程中前面用到的物质在后续过程中又生成该物质，则该物质可以循环利用，结合工业流程解答；
（2）①根据v=

△c

△t

计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；
（3）CO的含量越低越好，据此结合图象解答；
（4）采用控制变量法设计，其它条件不变，测定不同压强下CO含量．

解答：解：（1）液态甲醇雾化后与水蒸气混合，增大反应物的接触面积，加快反应速率；
由工业流程可知，循环利用的物质是CO，
故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率；CO；
（2）①由表中数据可知，△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），速率之比等于化学计量数之比，故
v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×3.75×10^-4mol/（L?s）=1.125×10^-3mol/（L?s）=，
故答案为：1.125×10^-3mol/（L?s）；
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数k=

c3(H2)?c(CO2)

c(CH3OH)?c(H2O)

，
故答案为：

c3(H2)?c(CO2)

c(CH3OH)?c(H2O)

；
（3）CO的含量越低越好，由图象可知，温度在230℃时CO的含量最低，故最佳反应温度为230℃，
故答案为：最佳反应温度为230℃；
（4）采用控制变量法设计，其它条件不变，测定不同压强下CO含量，故实验方案为：在甲醇含量为50%，原料液进料量60mL/h，温度一定情况下，测定不同压强下CO含量，
故答案为：在甲醇含量为50%，原料液进料量60mL/h，温度一定情况下，测定不同压强下CO含量．

点评：本题考查化学反应速率计算、化学平衡常数、对实验条件的控制探究等，难度中等，注意利用控制变量法进行方案设计．