Question

生物乙醇可由淀粉或纤维素等生物质原料发酵获得，利用乙醇可制取氢气，也可用乙醇进行相关的化工生产．
（1）已知乙醇制取氢气有如下两条路线：
a．水蒸气催化重整：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）→4H₂（g）+2CO（g）
b．部分催化氧化：CH₃CH₂OH（g）+

1

2

O₂（g）→3H₂（g）+2CO（g）
原子利用率较高的是：

 

式（选填a或b）．
（2）已知CO的燃烧热为283kJ/mol，H₂的燃烧热为285.8kJ/mol．今取2mol乙醇，40%按a式制氢，60%按b式制氢，假定转化率均为100%，则两种制氢产生的全部气体完全燃烧产生的热量为

 

kJ．
（3）某生物质能研究所准备利用乙醇得到的合成气合成一种生物汽油．乙醇按a式和b式反应的各占50%，合成气合成生物汽油的反应为：2mCO+（2m+n）H₂→2C_mH_n+2mH₂O．假定这种生物汽油中含有X、Y两种成分，X、Y都是有8个碳原子的烃，X是苯的同系物，Y是烷烃．50吨质量分数为92%的乙醇经上述转化（假定各步转化率均为100%），则最终可得到X的质量为多少吨．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,化学方程式的有关计算,有机化学反应的综合应用

专题：计算题

分析：（1）原子利用率=期望产物总质量与生成物的总质量之比，据此计算H原子利用率进行判断；
（2）计算CO、氢气的物质的量，再根据CO、氢气的燃烧热计算；
（3）计算乙醇物质的量，乙醇按路线①和路线②的反应各占50%，依据化学方程式，计算得到一氧化碳和氢气物质的量，合成气合成生物汽油的反应为：2mCO+（2m+n）H₂→2C_mH_n+2mH₂O，生物汽油中含有X、Y两种成分，且X、Y都是含8个碳原子的烃，X是苯的同系物为C₈H₁₀，Y是烷烃为C₈H₁₈，由O原子守恒可知n（H₂O）=n（CO），令C₈H₁₀、C₈H₁₈的物质的量分别为xmol、ymol，根据碳原子守恒、H原子守恒列方程，再根据m=nM计算．

解答： 解：（1）a路线中，H原子利用率=

4×2

46+18

×100%=12.5%，b路线中，H原子利用率=

3×2

46+16

×100%=9.7%，则a路线原子利用率高，
故答案为：a；
（2）取2mol乙醇，40%按a式制氢，则生成CO物质的量=2mol×40%×2=1.6mol，生成氢气为2mol×40%×4=3.2mol，
60%按b式制氢，则生成CO物质的量=2mol×60%×2=2.4mol，生成氢气为2mol×60%×3=3.6mol，
CO的燃烧热为283kJ/mol，H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则两种制氢产生的全部气体完全燃烧产生的热量为：（1.6mol+2.4mol）×283kJ/mol+（3.2mol+3.6mol）×285.8kJ/mol=3075.44kJ，
故答案为：3075.44；
（3）50 t 92%乙醇溶液中含乙醇为

50×106g×92%

46g/mol

=1.0×l0⁶mol，
根据C原子守恒，得到CO总物质的量n_总（CO）=1.0×l0⁶mol×2=2.0×l0⁶mol，
按a式得到氢气物质的量=1.0×l0⁶mol×50%×4=2.0×l0⁶mol，按b式反应得到氢气物质的量=1.0×l0⁶mol×50%×3=1.5×l0⁶mol，故n_总（H₂）=3.5×10⁶mol；
合成气合成生物汽油的反应为：2mCO+（2m+n）H₂→2C_mH_n+2mH₂O，生物汽油中含有X、Y两种成分，且X、Y都是含8个碳原子的烃，X是苯的同系物为C₈H₁₀，Y是烷烃为C₈H₁₈，由O原子守恒可知n（H₂O）=n（CO），
令C₈H₁₀、C₈H₁₈的物质的量分别为xmol、ymol，
根据碳原子守恒，有：8（x+y）=2.0×l0⁶，
根据H原子守恒，有：10x+18y=3.5×10⁶×2-2×2.0×l0⁶，
联立方程，解得x=1.875×l0⁵、y=6.25×l0⁴，
故X（C₈H₁₀）的质量=1.875×l0⁵mol×106g/mol=19.875×l0⁶g=19.875t，
答：最终可得到C₈H₁₀的质量为19.875t．

点评：本题考查反应热计算、化学方程式计算等，题目计算量大、过程比较复杂，属于易错题目，侧重考查学生分析解决问题能力的考查，难度中等．