Question

（2008?南通三模）1，3-丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1，3-丙二醇的路线如下：

（1）通过反应①用乙烯和空气混合气体制备，测得反应前和某一时刻气体的体积分数如下表．

	C2H4	O2	N2
反应前体积分数	25.0%	15.0%	60.0%	0
某一时刻体积分数	5.56%	5.54%	66.7%	22.2%

计算此时乙烯的转化率．
（2）某化工厂已购得乙烯14t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H₂可由以下两个反应获得：
C+H₂O

高温  .

CO+H₂ 
CH₄+H₂O

高温  .

CO+3H₂
假设在生产过程中，反应②中CO和H₂、反应③中H₂均过量20%，且反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%．计算至少需要焦炭、甲烷各多少吨，才能满足生产需要？

Answer 1

分析：（1）设反应前气体共有100L，根据体积分数计算反应前乙烯、氮气的体积，因为N₂的体积不发生变化，根据反应后氮气体积分数计算反应后气体的体积，进而计算反应后乙烯的体积，计算参加反应的乙烯的体积，再利用转化率定义计算，据此解答；
（2）根据关系式：C₂H₄～CO～H₂～HOCH₂CH₂CHO、HOCH₂CH₂CHO～H₂，求出反应②、③中共需CO与H₂的质量，令需焦炭xt，甲烷yt，根据方程式用x、y分别表示焦炭、甲烷生成的CO与H₂的质量，再根据反应②、③中共需CO与H₂的质量，列方程解答．

解答：（1）设反应前气体共有100L，
则反应前：V（C₂H₄）=100L×25.0%=25L
         V（N₂）=100L×60.0%=60L
因为N₂的体积不发生变化，则此时气体的体积为60L÷66.7%=90L
V（C₂H₄）=90L×5.56%=5.00L
则此时乙烯的转化率=

25L-5L

25L

×100%=80.0%
答：乙烯的转化率为80.0%；
（2）反应②中CO和H₂、反应③中H₂均过量20%，则转化率为

1

1+20%

=

5

6

反应②中：C₂H₄ ～～～～CO～～～～～～～～H₂ ～～～～～～HOCH₂CH₂CHO
             28          28             2                  74
             14t     m（CO）×

5

6

        m（H₂）×

5

6

       m（HOCH₂CH₂CHO）
则m（CO）=16.8t，m（H₂）=1.2t，m（HOCH₂CH₂CHO）=37 t，
反应③中  HOCH₂CH₂CHO～H₂
          74          2
          37t       m（H₂）×

5

6

则m（H₂）=1.2t，
反应②、③中共需CO16.8t、H₂2.4t．
令需焦炭xt，甲烷yt，则：
C+H₂O

高温  .

CO+H₂        CH₄+H₂O

高温  .

CO+3H₂
12       28  2        16          28   6
x        

7

3

x 

1

6

x       y         

7

4

y  

3

8

y

所以：

7

3

x+

7

4

y=16.8，

1

6

x+

3

8

y=2.4
解得x=3.6，y=4.8
答：需要焦炭3.6t、甲烷4.8t．

点评：本题根据方程式的有关计算，计算量较大、过程复杂，题目难度较大，注意反应②、③中转化率计算，注意利用关系式计算．