Question

合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

(1)1 m³(标准状况)CH₄按上式完全反应，产生H₂___________mol。

(2)CH₄和O₂的反应为：2CH₄(g)+O₂(g)2CO(g)+4H₂(g)，设CH₄同时和H₂O(g)及O₂(g)反应。1 m³(标准状况)CH₄按上述两式完全反应，产物气体的体积V(标准状况)为_____________。

(3)CH₄和H₂O(g)及富氧空气(O₂含量较高，不同富氧空气氧气含量不同)混合反应，产物气体组成如下表：

气体	CO	H2	N2	O2
体积(L)	24	60	15	2.5

计算该富氧空气中O₂和N₂的体积比V(O₂)/V(N₂)。

(4)若CH₄和H₂O(g)及富氧空气混合反应的产物中，V(H₂)∶V(N₂)=3∶1(合成氨反应的最佳比)，则反应中的H₂O(g)和富氧空气的体积比为何值？

Answer 1

解析：(1)设1 m³ CH₄完全反应可产生H₂、CO的物质的量分别为x、y，则

       CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

       1 mol                          1 mol   3 mol

                     y         x

。

(2)由反应CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)知，1 m³标况下的CH₄,产生气体的体积为4 m³；而1 m³ CH₄在标况下按反应2CH₄(g)+O₂(g) 2CO(g)+4H₂(g)进行时产生气体的体积为3 m³,故1 m³ CH₄同时按上述两种反应进行时产生气体的体积应介于3 m³与4 m³之间。

(3)设参加反应的H₂O的体积为x,O₂的体积为y，由：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)

               1                    1         3

               X                 V(CO)  V(H₂)

V(CO)=x  V(H₂)=3x

又2CH₄(g)+O₂(g) 2CO(g)+4H₂(g)

                   1                  2           4

                    y              V′(CO)    V′(H₂)

V′(CO)=y  V′(H₂)=4y

则

所以。

(4)设富氧空气中O₂的体积分数为a,反应用去的H₂O(g)与富氧空气的体积分别为x、y，则

CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)

               x                              3x

2CH₄(g)+O₂(g) 2CO(g)+4H₂(g)

               y·a                           4ay

所以有

答案：(1)133.9  (2)3 m³＜V＜4 m³   (3)V(O₂)/V(N₂)=  (4)V［H₂O(g)］∶V(空气)=1-a