Question

【题目】合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为：CH4(g)＋H2O(g)→CO(g)＋3H2(g)

（1）1 m3（标准状况）CH4按上式完全反应，产生H2_________mol。（精确到0.1）

（2）CH4和O2的反应为：2CH4(g)＋O2(g)→2CO(g)＋4H2(g)

设CH4同时和H2O(g)及O2(g)反应。1 m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积V m3（标准状况）的取值范围为________。

（3）CH4和H2O(g)及富氧空气（O2含量较高的空气）混合反应，产物气体组成如下表：

气体	CO	H2	N2	O2
体积(L)	25	60	15	2.5

计算该富氧空气中O2和N2的体积比，V(O2)：V(N2)＝________。

（4）若CH4和H2O(g)及(3)题中的富氧空气混合反应，产物气体中V(H2)：V(N2)＝3：1（合成氨反应的最佳比），则反应中的H2O(g)和富氧空气的体积比为_______。

Answer 1

【答案】133.9 3 ＜V＜4 1:15

【解析】

⑴根据第1个方程式，先算出甲烷的物质的量，再计算氢气的物质的量。

⑵用极限思维，假设全部发生第1个反应，算出气体量，假设全部发生第2个反应，算出气体量，根据极限思维，只能是两者之内。

⑶用方程式建立关系，依据生成一氧化碳和氢气的量建立方程式进行计算，再计算氧气和氮气的量的关系。

⑷用方程式建立关系，利用已知氢气与氮气的量之比为3:1建立方程式，再用⑶中的关系结合一起得出答案。

⑴1 m3（标准状况）CH4体积为1000L，其物质的量，按上式完全反应，产生H2物质的量44.64 mol×3 = 133.9mol，故答案为133.9 mol。

⑵1 m3（标准状况）CH4按照第1个方程式得出生成的气体体积为4 m3，按照第2个方程式得出生成的体积为3 m3，因此1 m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积V m3（标准状况）的取值范围为3 ＜V＜4，故答案为：3 ＜V＜4。

⑶

建立关系 x + y = 25 ，3x + 2y =60，解得x = 10，y = 15，因此该富氧空气中O2和N2的体积比，V(O2)：V(N2)＝(0.5×15 + 0.5):15 ＝2:3，故答案为2:3。

⑷

根据信息得出V(H2)：V(N2)＝(3z + 4d):1.5d = 3：1，则z：d= 1:6，则H2O(g)和富氧空气的体积比为z:2.5d ＝1:2.5×6 ＝1:15，故答案为：1:15。