题目内容

随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的转化利用越来越受到人们的关注．如图所示是最近研发出的天然气利用新途径：首先，甲烷在催化剂作用下发生“氧氯化反应”生成一氯甲烷；然后，一氯甲烷在400℃的条件下通过分子筛催化转化为低碳烯烃．
请根据以上信息回答下列问题：
（1）第一轮次反应投料时甲烷和氯化氢的最佳体积比为______．
（2）由一氯甲烷生成丙烯的化学方程式为______
【答案】分析：（1）由发生2CH4+2HCl+O22CH3Cl+2H2O来分析；
（2）一氯甲烷生成丙烯，还应生成HCl；
（3）①由关系式知CH4→（CH2）n，总体转化率为0.9×0.8，以此进行计算；
②设初始反应的甲烷量为1，甲烷转化率为80%，则还剩余0.2，氧气剩余0.1，HCl剩余0.72，以此计算需补充的甲烷、氧气和HCl的体积比．
解答：解：（1）由信息可知发生的第一步转化为2CH4+2HCl+O22CH3Cl+2H2O，则甲烷和氯化氢的最佳体积比为l：1，故答案为：l：1；
（2）一氯甲烷生成丙烯，还应生成HCl，该反应为3CH3ClCH2=CH-CH3+3HCl，故答案为：3CH3ClCH2=CH-CH3+3HCl；
（3）①由关系式知CH4→（CH2）n，总体转化率为0.9×0.8，标准状况下，1m3甲烷经过一轮反应可得到烯烃的质量为×14=0.45kg，故答案为：0.45；
②设初始反应的甲烷量为1，由2CH4+2HCl+O22CH3Cl+2H2O、3CH3ClCH2=CH-CH3+3HCl，甲烷转化率为80%，则多部反应甲烷剩余0.2，氧气剩余0.1，HCl剩余0.72，一氯甲烷0.08，三者反应的体积比可知需补充甲烷0.8、氧气0.4、氯化氢0.08，最终比例为10：5：1，故答案为：10：5：1．
点评：本题考查有机化学反应的计算，明确发生的化学反应是解答本题的关键，注意反应中物质的转化率是解答的易错点，题目难度中等．
练习册系列答案
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随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的转化利用越来越受到人们的关注．如图所示是最近研发出的天然气利用新途径：首先，甲烷在催化剂作用下发生“氧氯化反应”生成一氯甲烷；然后，一氯甲烷在400℃的条件下通过分子筛催化转化为低碳烯烃．
请根据以上信息回答下列问题：
（1）第一轮次反应投料时甲烷和氯化氢的最佳体积比为
l：1
l：1
．
（2）由一氯甲烷生成丙烯的化学方程式为
3CH3Cl
分子筛
CH2=CH-CH3+3HCl
3CH3Cl
分子筛
CH2=CH-CH3+3HCl
．
（3）若该途径中的第一步“甲烷氧氯化反应”的转化率为80%，经除水、分离出混合物中的一氯甲烷后，剩余物质全部留用并投入第二轮次生产；第二步反应生成含有乙烯、丙烯、丁烯的混合气体，碳原子的利用率为90%，分离出其中的烯烃气体后剩余物质全部留用并投入第二轮次生产．则：
①标准状况下，1m3甲烷经过一轮反应可得到
0.45
0.45
kg乙烯、丙烯、丁烯的混合气体．
②第二轮次反应投料时，需补充的甲烷、氧气和HCl的体积比为
10：5：1
10：5：1
．
随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注．以天然气（主要成分CH4）为原料合成气（主要成分
CO、H2）制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线．而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe（CO）5]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒．
请问答下列问题：
（1）Fe（CO）5中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式
[Ar]3d64s2
[Ar]3d64s2
．
（2）原子数目和电子总数（或价电子总数）相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征．与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为
N2
N2
和
CN-
CN-
（填化学式），CO分子的结构式可表示成
C≡O
C≡O
．
（3）Fe（CO）5常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂．据此可判断Fe（CO）5晶体为
分子晶体
分子晶体
（填晶体类型）．
（4）在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有
CH4、CH3OH
CH4、CH3OH
，CH3OH的熔、沸点比CH4的熔、沸点比高，其主要原因是
CH3OH形成分子间氢键
CH3OH形成分子间氢键
．

(14分)随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注。以天然气（主要成分CH4）为原料经合成气（主要成分CO、H2）制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线。而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁［Fe(CO)5］等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。

请问答下列问题：

（1）Fe(CO)5中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式　　　　　　　　　

（2）原子数目和电子总数（或价电子总数）相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征。与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为　　　　和　　　（填化学式），CO分子的结构式可表示成　　　　　　。

（3）Fe(CO)5常温下呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂。据此可判断Fe(CO)5晶体为　　　　　　　晶体。

（4）在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有　　　　　　　　　，CH3OH的熔、沸点比CH4的熔、沸点比高，其主要原因是　　　　　　　　　　。

 

（12分）随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的转化利用越来越受到人们的关注。下图是最近研发出的天然气利用新途径：首先甲烷在催化剂作用下发生“氧氯化反应”生成一氯甲烷；然后一氯甲烷在400°C的条件下通过分子筛催化转化为低碳烯烃。

 

 

    请根据以上信息回答下列问题：

   （1）第一轮次反应投料时甲烷和氯化氢的最佳体积比（相同条件）为            。

   （2）由一氯甲烷生成丙烯的化学方程式为        。

   （3）按最佳反应投料比，若该途径中的第一步“甲烷氧氯化反应”的转化率为80%，经除水、分离出混合物中的一氯甲烷后，剩余CH4、O2和HCl全部留用并投入第二轮次生产；第二步一氯甲烷反应生成含有乙烯、丙烯、丁烯和氯化氢的混合气体，碳原子的利用率为90%，分离出其中的烯烃气体后，剩余HCl也全部留用并投入第二轮次生产，则：

        ①标准状况下，1m3甲烷经过一轮反应可得到         kg乙烯、丙烯、丁烯的混

合气体。

②为了与第一轮次得到的等量的低碳烯烃，第二轮次反应投料时，需补充的CH4、

O2和HCl的体积比为（相同条件）       。（请写出①和②的计算过程）

 

 

 

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