Question

【题目】甲烷和水蒸气反应的产物是合成甲醇的原料：CH4＋H2OCO＋3H2

已知：CO＋2H2CH3OH、CO2＋3H2CH3OH＋H2O，300 mol CH4完全反应后的产物中，加入100 mol CO2后合成甲醇。若获得甲醇350 mol，残留氢气120 mol，计算CO2的转化率_________。

Answer 1

【答案】80%

【解析】

方法一：

CH4　＋　H2O　CO　＋　3H2

300 mol　　　　　　　300 mol　900 mol

设CO2的转化率为α，CO的转化率为β

CO　＋　　2H2　　CH3OH

300βmol　 600βmol　　　300βmol

CO2　＋　　3H2　　CH3OH　＋　H2O

100αmol　　300αmol　　　100αmol

根据题意，共生成350mol甲醇，所以有300βmol＋100αmol＝350 mol①式

根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为(900mol－120mol)，所以有600βmol＋300αmol＝900 mol－120 mol②式

由①②式可得α＝0.8，即CO2的转化率为80%。

方法二：

在合成甲醇的反应中，氢元素在生成物中有两种存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，设CO2的转化率为α

CH4　＋　H2OCO　＋　3H2

300 mol　　　　　　　　　　900 mol

CO2　＋　3H2CH3OH　＋　H2O

100αmol　　　　　　　　　　　100αmol

根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为(900 mol－120 mol)，根据反应中氢元素原子的守恒可有900 mol－120mol＝350 mol×2＋100αmol，解得α＝0.8，即CO2的转化率为80%。