7.甲醇是一种重要的化工原料,在生产中有着重要的应用.工业上用天然气为原料,分为两阶段制备甲醇:
(i)制备合成气:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H1=+206.0kJ•mol-1
(ii)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2
请回答下列问题:
(1)制备合成气:将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应(i);CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示.
①已知100℃时达到平衡的时间为5min,则从反应开始到平衡,用氢气表示的平均反应速率为:v(H2)=0.0030mol•L-1•min-1
100℃时该反应的平衡常数K═2.25×10-4;若升高温度,平衡常数K将增大(填“增大”、”“减小”或“不变”).
②图中p1<p2(填“<”、”“>”或“=”).
③为解决合成气中H2过量而CO不足的问题,原料气中需添加CO2,发生反应如下:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),为了使合成气配比最佳,理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为3:1.
(2)合成甲醇:在Cu2O/ZnO作催化剂的条件下,向2L的密闭容器中通入1molCO(g)和2mol H2(g),发生反应( ii).
①反应( ii)需在低温(填“高温”或“低温”)才能自发进行.
②据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量的CO2有利于维持Cu2O的量不变,原因是Cu2O+CO?2Cu+CO2(用化学方程式表示).
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