Question

（2009?静安区二模）甲醚（CH₃OCH₃）是一种新型的合成“柴油”，它可由天然气（体积分数：CO₂为5%，CH₄为95%）合成．合成甲醚主要步骤为造气和合成．过程如下（气体体积均在同温同压下测定；氧气由空气提供，其中N₂和O₂的体积比为4：1；不考虑CO与水的反应；各步反应转化率均为100%）：

（1）若造气得到的气体只含CO和H₂，该混合气体中，碳元素的质量分数为a%，则氢元素的质量分数为

（100-2.33a）

%（用含a的式子表示）．
（2）造气时每使用100m³天然气，应同时通入水蒸气

10

m³、空气

200

m³，才能保证合成时CO与H₂的体积比为1：2；合成甲醚后，有

50

m³的水蒸气可参加循环生产．
（3）若只用天然气和空气造气，合成后得到的蒸气成分如下表：

气体	CH3OCH3	H2O	N2	A
体积（m3）	95	95	x	y

则A气体的分子式为

CO

； x=

360

．

Answer 1

分析：（1）CO中含有碳元素，根据C元素的质量分数计算混合物中CO的质量分数，根据1-w（CO）计算氢气的质量分数；
（2）根据题意知，100m³天然气含CH₄95m³、CO₂5m³．根据方程式计算二氧化碳反应消耗甲烷、生成CO、氢气的体积；
令通入水蒸气的体积为xm³，根据方程式用x表示出水蒸气反应消耗甲烷、生成CO、氢气的体积；用x表示出与氧气反应的甲烷的体积，根据方程式表示用x反应消耗氧气、生成CO、氢气的体积，根据CO与H₂的体积比为1：2列方程计算x的值，再根据空气中氧气的体积分数计算需要空气的体积；
根据碳元素守恒计算生成甲醚体积，再根据方程式计算可以循环的水的体积；
（3）只用天然气和空气造气，根据反应（2）、（3）可知，造气阶段CO与H₂的体积比为介于1：1与1：2之间，由反应（4）可知，氢气不足，故有CO剩余，则A为CO．甲醚与水蒸气中含有C、H原子数目之比为1：4，相当于甲烷转化得到，由碳原子守恒可知，天然气中甲烷为190m³，根据天然气中甲烷与二氧化碳的含量可知，二氧化碳为190m³×

5

95

=10m³，根据氧原子守恒计算氧气的体积，再根据氮气与氧气的体积之比计算x的值．

解答：解：（1）混合物中C元素的质量分数为a%，CO中含有碳元素，故混合物中CO的质量分数=

a%

12 28

=2.33a%，故w（氢气）=1-w（CO）=1-2.33a%=（100-2.33a）%，
故答案为：100-2.33a；
（2）根据题意知，100m³天然气含CH₄95m³、CO₂5m³，设通入的水蒸气为xm³，则：
CH₄+CO₂→2H₂+2CO  
5    5   10  10     
CH₄+H₂O→3H₂+CO
x   x   3x  x
      2CH₄+O₂→→→4H₂+2CO
（95-5-x）  

95-5-X

2

  2（95-5-x）  （95-5-x）
故2×[10+x+（95-5-x）]=10+3x+2（95-5-x） 
解得：x=10，
故通入的空气的体积为：5×

95-5-X

2

m³=200 m³，
根据碳元素守恒计算生成甲醚体积为

1

2

×（95 m³+5 m³）=50m³，由方程式可知生成水蒸气为50m³，
故答案为：10；200；50；
（3）只用天然气和空气造气，根据反应（2）、（3）可知，造气阶段CO与H₂的体积比为介于1：1与1：2之间，由反应（4）可知，氢气不足，故有CO剩余，则A为CO．甲醚与水蒸气中C、H原子数目之比为1：4，相当于甲烷转化到达，由碳原子守恒可知，天然气中甲烷为2×95m³=190m³，根据天然气中甲烷与二氧化碳的含量可知，二氧化碳为190m³×

5

95

=10m³，根据氧原子守恒可知，氧气的体积为

1

2

（95m³+95m³+10m³）=90m³，故氮气的体积为4×90m³=360m³，即x=360，
故答案为：CO；360．

点评：本题考查混合物的计算，（2）中可以利用碳原子守恒计算CO的体积，进而计算氢气的体积，再根据氢原子守恒计算加入水蒸气的体积，（3）为易错点，关键是根据反应关系确定A为CO、再根据甲烷中C、H定比关系结合原子守恒确定CO的体积，题目过程复杂，计算量很大，难度较大，为易错题目．