Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種新型的合成“柴油”．它可由生物甲烷或天然氣合成．
（1）生物甲烷是由植物和動物糞便在一定條件下發(fā)酵而得的甲烷：
（C₆H₁₀O₅）n+nH₂O

微生物

3nCH₄↑+3nCO₂↑
若某植物纖維素的含量為10%，某沼氣池，當加入該植物162kg，在微生物作用下完全轉化可得CH₄在標準狀況下的體積為

 

m³．
（2）合成二甲醚主要步驟為造氣和合成．過程如下：

若造氣時，設每步轉化率均為100%，設某天然氣中只含5%CO₂，不含其他雜質，每100m³天然氣，應同時通入水蒸氣和空氣各多少體積（空氣只含N₂和O₂，且體積比為4：1，下同），才能保證合成時CO和H₂充分利用．V[H₂O（g）]=

 

m³；V[空氣]=

 

m³．
（3）為了充分利用反應過程中生成的比較純凈的氮氣，某企業(yè)用天然氣為主要原料聯(lián)合生產(chǎn)二甲醚和氨，過程如下：
制氣設備：①CH₄+H₂O→CO+3H₂              ②2CH₄+O₂→2CO+4H₂
合成塔Ⅰ：CO+2H₂→CH₃OH；   2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O
合成塔Ⅱ：N₂+3H₂═2NH₃
假設天然氣中只含CH₄，反應②中通入適量空氣，調節(jié)①和②投入的CH₄的量，以使反應①剩余的H₂和反應②剩余的N₂的體積比恰好為3：1，以便合成氨．該企業(yè)每生產(chǎn)34t NH₃理論上同時可以得到二甲醚多少噸？（設工業(yè)多次轉化，總轉化率假定為100%設合成塔Ⅰ中水與CO不反應）？

Answer 1

考點：有機物的合成,化學方程式的有關計算

專題：有機化合物的獲得與應用

分析：（1）根據(jù)化學方程式進行計算；
（2）依題意，100m³天然氣含CH₄95m³、CO₂5m³．觀察合成反應，CO：H₂=1：2時才能充分利用．再觀察造氣反應，反應（1）必須是（2）的2倍才能達到上述要求，據(jù)此進行計算；
（3）根據(jù)反應N₂+3H₂═2NH₃可求得氮氣和氫氣的物質的量，由氮氣的物質的量可求得氧氣的物質的量，由此確定氫氣的物質的量，進一步求得甲醚的物質的量，進而得甲醚的質量；

解答： 解：（1）由反應（C₆H₁₀O₅）n+nH₂O

微生物

3nCH₄↑+3nCO₂↑，可知（C₆H₁₀O₅） _n～3nCH₄，即C₆H₁₀O₅～3CH₄ ，所以n（CH₄）=3n（C₆H₁₀O₅）=3×

162×10%×103g

162g/mol

=300mol，
V（CH₄）=300mol×22.4L/mol=6.72×10³L=6.72m³，
故答案為：6.72；
（2）依題意，100m³天然氣含CH₄95m³、CO₂5m³．觀察合成反應，CO：H₂=1：2時才能充分利用．再觀察造氣反應，反應（1）必須是（2）的2倍才能達到上述要求．又知反應（2）耗CH₄為5m³，則反應（1）耗CH₄為10m³，同時需水10m³；所以反應（3）的CH₄為80m³，需O₂40m³，即空氣200m³，
故答案為：10；200；
（3）由反應N₂+3H₂═2NH₃可求得生產(chǎn)34t氨需1×10⁶molN₂和3×10⁶molH₂，則反應②通入的O₂為1×1/4=0.25×10⁶mol，生成H₂1×10⁶mol；則反應①應生成H₂9×10⁶mol，其中用于合成CH₃OCH₃的H₂為6×10⁶mol，由關系式4H₂～CH₃OCH₃可求得：n（CH₃OCH₃）=（1×10⁶+6×10⁶）mol×1/4=1.75×10⁶mol，則質量為1.75×10⁶mol×46g/mol=80.5t，
答：該企業(yè)每生產(chǎn)34t NH₃理論上同時可以得到二甲醚80.5t；

點評：本題考查多步反應的化學計算，關系復雜，難度較大，容易出錯，是一道考查綜合思維能力、區(qū)分度好的試題．