将煤气化转化成合成气,然后通过一碳化工路线合成各种油品和石化产品是一碳化工的极为重要的领域,具有广阔的前景,在未来相当一段时期将成为一碳化工的主要领域。
除去水蒸气后的水煤气含55~59%的H2,15~18%的CO,11~13%的CO2,少量的H2S、CH4,除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气,即可进行甲醇合成。![]()
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),此反应是
吸热反应。
① 此反应的化学平衡常数表达式为, ;
②下列能增大碳的转化率的措施是 ;
| A.加入C(s) | B.加入H2O(g) | C.升高温度 | D.增大压强 |
CH4 (g)+3/2O2 (g)
① X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
② Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③ Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
已知:T1>T2>T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是 ;
(3)合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔,在催化剂作用下,进行甲醇合成,主要反应如下:
2H2(g) + CO(g)
| 物质 | H2 | CO | CH3OH |
| 浓度/(mol·L-1) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
② 若加入CO、H2后,在T5℃反应10min达到平衡,c(H2)=0.4 mol·L-1,则该时间内反应速率v(CH3OH) = mol-1·(Lmin)-1。
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是 。
甲醇是一种新型的汽车动力燃料,工业上可通过CO和H2化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:
CO (g) + 2H2(g)
CH3OH (g) △H 1 (反应1)
该反应的原料CO和H2本身都可作为燃料提供动力,已知这两种物质燃烧的热化学方程式为:
△H2=-283 kJ·mol-1 (反应2)
△H3=-242 kJ·mol-1 (反应3)
某些化学键的键能数据如下表:
| 化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | C | H-O |
| 键能/kJ·mol-1 | 348 | 413 | 436 | 358 | 1072 | 463 |
(1)反应1的焓变△H1= 。
(2)CH3OH (g)燃烧生成CO2(g)和H2O(g)的热化学方程式为:
CH3OH(g)+
该反应的焓变△H4= 。
与CO和H2相比,甲醇作为汽车动力燃料的优点是 。
(3)反应1的平衡常数表达式为 。
为提高甲醇的产率,可以采取的措施有 (写出3点)。既能提高产率,又能提高反应速率的措施是 。
(4)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
①在上图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)
②负极的电极反应式为 。