题目内容

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。

(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(标准状况)为____________。

(3)CH4和H2O(g)及富氧空气(O2含量较高,不同富氧空气氧气含量不同)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)及富氧空气混合反应的产物中,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何值?

思路解析:(1)设产生氢气为,则:

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

    1                                                      3

                                                 

解得:=133.9 mol

(2)采用极端假设来确定其取值范围:假定甲烷全部与水反应,得V=3 m3;甲烷全部与氧气反应,得V=4 m3,即:产生的氢气应在两者之间,3 m3<V<4 m3

(3)设H2O为X mol,O2为Y mol,

则:解得:X=10,Y=7.5

=(7.5+2.5)/15=2/3 

(4)设富氧空气中O2的体积分数为a,反应用去的H2O(g)与富氧空气的体积分别为X、Y。

答案:(1)133.9   (2)3 m3<V<4 m3  (3)2∶3。(4)


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