Question

1．合成氨原料可以由天然氣制取，其主要反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）
（1）1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH₄按上式完全反應(yīng)，產(chǎn)生H₂134mol．
（2）CH₄和O₂的反應(yīng)為：2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂（g）
設(shè)CH₄同時(shí)和H₂O（g）及O₂（g）反應(yīng)．1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH₄按上述兩式完全反應(yīng)，產(chǎn)物氣體的體積V（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為3＜V＜4．
（3）CH₄和H₂O（g）及富氧空氣（O₂含量較高，不同富氧空氣氧氣含量不同）混合反應(yīng)，產(chǎn)物氣體組成如下表：

氣體	CO	H2	N2	O2
體積（L）	25	60	15	2.5

該富氧空氣中O₂和N₂的體積比V（O₂）/V（N₂）=$\frac{2}{3}$．
（4）若CH₄和H₂O（g）及富氧空氣混合反應(yīng)的產(chǎn)物中，$\frac{V（H_{2}）}{V（N_{2}）}$=3：1（合成氨反應(yīng)的最佳比），則反應(yīng)中的H₂O（g）和富氧空氣的體積比為（3-7a）：3．

Answer 1

分析 （1）計(jì)算出甲烷的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計(jì)算氫氣的物質(zhì)的量；
（2）利用端值法計(jì)算，假設(shè)氣體全部和水或氧氣反應(yīng)，根據(jù)方程式判斷；
（3）根據(jù)反應(yīng)的方程式結(jié)合表中數(shù)據(jù)列方程式計(jì)算；
（4）設(shè)富氧空氣為1mol，則氧氣為0.25mol，氮?dú)鉃?mol-0.25mol=0.75mol，令水的物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)反應(yīng)①、②計(jì)算出反應(yīng)生成氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)氫氣與氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量之比列方程，據(jù)此計(jì)算解答．

解答 解：（1）1m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況）CH₄的物質(zhì)的量為$\frac{1000L}{22.4L/mol}$=44.6mol，
CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）
1mol                       3mol
44.6mol                    n
n=44.6×3mol=134mol，
故答案為：134；
（2）根據(jù)方程式可知，1m³甲烷完全和氧氣反應(yīng)生成3m³氣體，完全和水反應(yīng)生成4m³氣體，
則產(chǎn)物氣體的體積V（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為3m³＜V＜4m³，
故答案為：3＜V＜4；
（3）設(shè)H₂O為xmol，O₂為ymol，則$\left\{\begin{array}{l}{x+2y=25}\\{3x+4y=60}\end{array}\right.$
x=10，y=7.5
$\frac{VO{\;}_{2}}{VN{\;}_{2}}$=$\frac{2.5+7.5}{15}$=2：3，
故答案為：$\frac{2}{3}$；
（4）設(shè)富氧空氣為ymol，富氧空氣中O₂的體積分?jǐn)?shù)為a，反應(yīng)用去的H₂O（g）xmol，
設(shè)則氧氣為0.25mol，氮?dú)鉃?mol-0.25mol=0.75mol，令水的物質(zhì)的量為ymol，則：
CH₄（g）+H₂O→CO（g）+3H₂（g）
       xmol  xmol   3xmol
2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂
        aymol     2aymol   4aymol
則（3x+4ay）mol：（y-ay）mol=3：1，解得x：y=（3-7a）：3，
則反應(yīng)中的H₂O（g）和富氧空氣的物質(zhì)的量之比為（3-7a）：3，
故答案為：（3-7a）：3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)方程式計(jì)算分析，注意元素守恒的計(jì)算應(yīng)用和化學(xué)方程式定量關(guān)系的理解分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度較大．