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(dòng)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(dāng)加入該植物162kg，在微生物作用下完全轉(zhuǎn)化可得CH₄在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，設(shè)每步轉(zhuǎn)化率均為100%，設(shè)某天然氣中只含5%CO₂，不含其他雜質(zhì)，每100m³天然氣，應(yīng)同時(shí)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(shí)CO和H₂充分利用．V[H₂O（g）]=

 

m³；V[空氣]=

 

m³．
（3）為了充分利用反應(yīng)過程中生成的比較純凈的氮?dú)�，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(shè)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(shè)天然氣中只含CH₄，反應(yīng)②中通入適量空氣，調(diào)節(jié)①和②投入的CH₄的量，以使反應(yīng)①剩余的H₂和反應(yīng)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(shí)可以得到二甲醚多少噸？（設(shè)工業(yè)多次轉(zhuǎn)化，總轉(zhuǎn)化率假定為100%設(shè)合成塔Ⅰ中水與CO不反應(yīng)）？

Answer 1

考點(diǎn)：有機(jī)物的合成,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：有機(jī)化合物的獲得與應(yīng)用

分析：（1）根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算；
（2）依題意，100m³天然氣含CH₄95m³、CO₂5m³．觀察合成反應(yīng)，CO：H₂=1：2時(shí)才能充分利用．再觀察造氣反應(yīng)，反應(yīng)（1）必須是（2）的2倍才能達(dá)到上述要求，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)反應(yīng)N₂+3H₂═2NH₃可求得氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量，由氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量可求得氧氣的物質(zhì)的量，由此確定氫氣的物質(zhì)的量，進(jìn)一步求得甲醚的物質(zhì)的量，進(jìn)而得甲醚的質(zhì)量；

解答： 解：（1）由反應(yīng)（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(yīng)，CO：H₂=1：2時(shí)才能充分利用．再觀察造氣反應(yīng)，反應(yīng)（1）必須是（2）的2倍才能達(dá)到上述要求．又知反應(yīng)（2）耗CH₄為5m³，則反應(yīng)（1）耗CH₄為10m³，同時(shí)需水10m³；所以反應(yīng)（3）的CH₄為80m³，需O₂40m³，即空氣200m³，
故答案為：10；200；
（3）由反應(yīng)N₂+3H₂═2NH₃可求得生產(chǎn)34t氨需1×10⁶molN₂和3×10⁶molH₂，則反應(yīng)②通入的O₂為1×1/4=0.25×10⁶mol，生成H₂1×10⁶mol；則反應(yīng)①應(yīng)生成H₂9×10⁶mol，其中用于合成CH₃OCH₃的H₂為6×10⁶mol，由關(guān)系式4H₂～CH₃OCH₃可求得：n（CH₃OCH₃）=（1×10⁶+6×10⁶）mol×1/4=1.75×10⁶mol，則質(zhì)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(shí)可以得到二甲醚80.5t；

點(diǎn)評(píng)：本題考查多步反應(yīng)的化學(xué)計(jì)算，關(guān)系復(fù)雜，難度較大，容易出錯(cuò)，是一道考查綜合思維能力、區(qū)分度好的試題．