Question

1．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）1m³（标准状况）CH₄按上式完全反应，产生H₂134mol．
（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．1m³（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＜V＜4．
（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）	25	60	15	2.5

该富氧空气中O₂和N₂的体积比V（O₂）/V（N₂）=$\frac{2}{3}$．
（4）若CH₄和H₂O（g）及富氧空气混合反应的产物中，$\frac{V（H_{2}）}{V（N_{2}）}$=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（3-7a）：3．

Answer 1

分析 （1）计算出甲烷的物质的量，根据方程式计算氢气的物质的量；
（2）利用端值法计算，假设气体全部和水或氧气反应，根据方程式判断；
（3）根据反应的方程式结合表中数据列方程式计算；
（4）设富氧空气为1mol，则氧气为0.25mol，氮气为1mol-0.25mol=0.75mol，令水的物质的量为ymol，根据反应①、②计算出反应生成氢气的物质的量，根据氢气与氮气的物质的量之比列方程，据此计算解答．

解答 解：（1）1m³（标准状况）CH₄的物质的量为$\frac{1000L}{22.4L/mol}$=44.6mol，
CH₄（g）+H₂O（g）→CO（g）+3H₂（g）
1mol                       3mol
44.6mol                    n
n=44.6×3mol=134mol，
故答案为：134；
（2）根据方程式可知，1m³甲烷完全和氧气反应生成3m³气体，完全和水反应生成4m³气体，
则产物气体的体积V（标准状况）为3m³＜V＜4m³，
故答案为：3＜V＜4；
（3）设H₂O为xmol，O₂为ymol，则$\left\{\begin{array}{l}{x+2y=25}\\{3x+4y=60}\end{array}\right.$
x=10，y=7.5
$\frac{VO{\;}_{2}}{VN{\;}_{2}}$=$\frac{2.5+7.5}{15}$=2：3，
故答案为：$\frac{2}{3}$；
（4）设富氧空气为ymol，富氧空气中O₂的体积分数为a，反应用去的H₂O（g）xmol，
设则氧气为0.25mol，氮气为1mol-0.25mol=0.75mol，令水的物质的量为ymol，则：
CH₄（g）+H₂O→CO（g）+3H₂（g）
       xmol  xmol   3xmol
2CH₄（g）+O₂（g）→2CO（g）+4H₂
        aymol     2aymol   4aymol
则（3x+4ay）mol：（y-ay）mol=3：1，解得x：y=（3-7a）：3，
则反应中的H₂O（g）和富氧空气的物质的量之比为（3-7a）：3，
故答案为：（3-7a）：3．

点评 本题考查了化学方程式计算分析，注意元素守恒的计算应用和化学方程式定量关系的理解分析，掌握基础是关键，题目难度较大．