水煤气法制甲醇工艺流程框图如图：已知：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、CO

Question

水煤气法制甲醇工艺流程框图如图：

已知：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下列能提高碳的平衡转化率的措施是___．
A加入C（s）            B．加入H₂O（g）            C．升高温度             D．增大压强
（2）将CH₄转化成CO，工业上常采用催化转化技术，其反应原理为CH₄（g）+ (3)/(2)O₂（g）⇌CO（g）+2H₂O（g）△H=-519kJ．工业上要选择合适的催化剂，分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件相同）．
①X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
②Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③Z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，主要反应是：2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H=-181.6kJ．4℃下此反应的平衡常数为160．此温度下，在密闭容器中加入CO、H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/mol•L-1	0.2	0.1	0.4

①比较此时正、逆反应速率的大小：v_正___v_逆（填“>”、“<”或“=”）．
②若加入同样多的CO、H₂，在T₅℃反应，10min后达到平衡，此时c（H₂）=0.4mol•L^-1，则该时间内反应速率v（CH₃OH）=___mol•L^-1•min^-1．
（4）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是___．

Answer 1

（1）①此反应的化学平衡常数表达式为，K=([CO]•[H2])/([H2O])；故答案为：([CO]•[H2])/([H2O])；
②平衡向正反应方向移动，增大碳的转化率，所以A、加入C（s）平衡不移动，B、加入H₂O（g），C、升高温度，平衡向正反应方向移动，碳的转化率增大，D、增大压强，平衡向逆反应方向移动；故选：BC； 
（2）该反应正反应为放热反应，应选择催化活性高、速度快、反应温度较低，故选择Z，
故答案为：Z；催化活性高、速度快、反应温度较低；
（3）①由表中数据可知，10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L，则此时的浓度商Qc=(0.4)/(0．22×0.1)=100，小于平衡常数160，故反应向正反应方向进行，故V_正>V_逆，故答案为：>；
②由表中数据可知，c（H₂）=0.4mol•L^-1，l0min内甲醇的浓度变化量为0.3mol/L，故v（CH₃OH）=(0.3mol/L)/(10min)=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03；
（4）生产过程中，合成气要进行循环，这样可以提高原料利用率，故答案为：提高原料利用率（或提高产量、产率亦可）．