题目内容
(10分)某煤化厂设计了如下清洁生产工艺,先用两种方法同时生产原料气,再调整①②的比例,合成塔中催化剂为CuO/ZnO/Al2O3/V2O3)。该催化剂在250℃和5MPa的操作条件下表现出很好的活性。合成气经循环利用,最终碳元素全部转变甲醇,排空的只有水蒸气,合成原理简图为:
试回答下列问题
(1)工业上用的催化剂由CuO和ZnO组成(质量比为1∶1),最终体系中含二氧化碳, Cu2O的比例也保持相对恒定,从平衡角度考虑,该反应的化学方程式为:
▲ 。
(2)参考CO+2H2CH3OH的平衡常数,工业上采用稍高的压强(5MPa)和250℃,其可能原因是: ▲ 。
(3)为使①和②中CO、CO2及H2合成甲醇时原子利用率最高,且各物质均无剩余(假定转化率为100%)。反应①产生的气体与反应②产生的气体最佳体积比为 ▲ 。
(4)某合作学习小组的同学按照上题(3)的结论,取①的产物与②的产物混合气体67.2L(标准状况),其中CO的体积分数为x ,通过模拟装置合成,得到甲醇的物质的量随CO体积分数变化的函数关系式,并作出图象 (假定CO先与H2反应,CO完全反应后,CO2才与H2反应,且各步转化率均为100%)。
试回答下列问题
(1)工业上用的催化剂由CuO和ZnO组成(质量比为1∶1),最终体系中含二氧化碳, Cu2O的比例也保持相对恒定,从平衡角度考虑,该反应的化学方程式为:
▲ 。
(2)参考CO+2H2CH3OH的平衡常数,工业上采用稍高的压强(5MPa)和250℃,其可能原因是: ▲ 。
(3)为使①和②中CO、CO2及H2合成甲醇时原子利用率最高,且各物质均无剩余(假定转化率为100%)。反应①产生的气体与反应②产生的气体最佳体积比为 ▲ 。
(4)某合作学习小组的同学按照上题(3)的结论,取①的产物与②的产物混合气体67.2L(标准状况),其中CO的体积分数为x ,通过模拟装置合成,得到甲醇的物质的量随CO体积分数变化的函数关系式,并作出图象 (假定CO先与H2反应,CO完全反应后,CO2才与H2反应,且各步转化率均为100%)。
(1)CO+2CuOCu2O+CO2(或CO+CuOCu+CO2)
(2)温度低平衡产率高,但反应速率达到平衡的时间,经济效益不高,且这种催化剂可能在250℃下活泼最大;采中稍高的压强有利于提高原料气的转化率,更高的压强虽可提高转化率但动力消耗大,经济效益反应不高
(3)4:1
(4)解:当x ="0.2" ,y ="0.9" mol ;0≤x<0.2 ,y=2x+0.5
0.2<x≤0.25 ,y=1.5-3x
(第4小题4分,其它每小题2分,共10分)
(2)温度低平衡产率高,但反应速率达到平衡的时间,经济效益不高,且这种催化剂可能在250℃下活泼最大;采中稍高的压强有利于提高原料气的转化率,更高的压强虽可提高转化率但动力消耗大,经济效益反应不高
(3)4:1
(4)解:当x ="0.2" ,y ="0.9" mol ;0≤x<0.2 ,y=2x+0.5
0.2<x≤0.25 ,y=1.5-3x
(第4小题4分,其它每小题2分,共10分)
略
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