某化工廠以甲烷為原料合成甲醇的反應(yīng)為：
CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2（g）  …①（反應(yīng)中CH4轉(zhuǎn)化率：1）
CO（g）+2H2（g）→CH3OH（g）      …②（反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化率：
2
3
）
合成工藝如下（虛線框內(nèi)為改進(jìn)后的工藝中新增流程）：

請回答下列問題（所有氣體體積均折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）：
（1）原工藝中，當(dāng)充入反應(yīng)器①的甲烷和水蒸汽的體積分別為672m3和1750m3時(shí)，反應(yīng)剩余物中n（CO）=
 
，n（H2）=
 
．
（2）為充分利用反應(yīng)剩余物，該廠在原工藝的基礎(chǔ)上，將下列反應(yīng)運(yùn)用于生產(chǎn)甲醇原料氣：
2CH4（g）+O2（g）→2CO（g）+4H2（g）  …③（反應(yīng)中CH4轉(zhuǎn)化率：1）
若新工藝中充入反應(yīng)器①的甲烷和水蒸汽的體積分別為a、3a，反應(yīng)剩余物中：V（H2）：V（N2）：V（CO）=3：1：1．
計(jì)算：
①充入反應(yīng)器③的甲烷的體積；
 

②若富氧空氣中除O2、N2外，其他成分忽略不計(jì)，則充入反應(yīng)器③中的富氧空氣的體積為
 
；應(yīng)選擇氧氣體積分?jǐn)?shù)為
 
的富氧空氣．
考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算
專題：化學(xué)平衡專題
分析：（1）根據(jù)化學(xué)方程式中各個(gè)物質(zhì)物質(zhì)的量以及轉(zhuǎn)化率進(jìn)行計(jì)算，甲烷轉(zhuǎn)化率是1，即全部反應(yīng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率是
2
3
，說明第一步反應(yīng)生成的一氧化碳在第二步中有
2
3
被消耗掉，根據(jù)消耗掉的量計(jì)算剩余量即可；
（2）根據(jù)化學(xué)方程式中各個(gè)物質(zhì)物質(zhì)的量以及轉(zhuǎn)化率進(jìn)行計(jì)算，注意空氣的成分中，氧氣占總體積的20%，氮?dú)庹加?0%來計(jì)算．
解答： 解：（1）充入反應(yīng)器①的甲烷和水蒸汽的體積分別為672m3（即3.0×104mol）和1750m3（即7.8125×104mol），甲烷轉(zhuǎn)化率是1，即全部反應(yīng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率是
2
3
，CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2（g），
3.0×104mol   3.0×104mol  3.0×104mol  9.0×104mol  
發(fā)生上述反應(yīng)后，水蒸氣會剩余，
CO（g）+2H2（g）→CH3OH（g）
2
3
×3.0×104mol  4.0×104mol   
所以反應(yīng)剩余物中n（CO）=3.0×104mol-
2
3
×3.0×104mol=1×104mol，n（H2）=9.0×104mol-4.0×104mol=5.0×104mol，
故答案為：1.0×104mol；4.0×104mol；                                      
（2）①設(shè)充入反應(yīng)器③的甲烷的體積為V1，富氧空氣的體積為V2．則
CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2（g）
a                a      3a
2CH4（g）+O2（g）→2CO（g）+4H2（g）
V1       
1
2
V1      V1       2V1
由反應(yīng)②，可算得消耗的CO為
2
3
（a+V1），消耗的H2為
4
3
（a+V1）故：反應(yīng)剩余物中CO為
1
3
（a+V1），H2為3a+2V1-
4
3
（a+V1）=
1
3
（5a+2V1），應(yīng)有：
1
3
（5a+2V1）：
1
3
（a+V1）=3：1，解得V1=2a即充入反應(yīng)器③的甲烷的體積為2a，故答案為：2a；
②若富氧空氣中除O2、N2外，其他成分忽略不計(jì)，則充入反應(yīng)器③中的富氧空氣的體積和甲烷的體積是相當(dāng)?shù)模大w積為2a，根據(jù)反應(yīng)③，氧氣的消耗量是甲烷量的一半，即為amol，所以需要氧氣占空氣的體積分?jǐn)?shù)是
a
2a
×100%=50%，即0.5，故答案為：2a；0.5．
點(diǎn)評：本題是一道有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算題，考查學(xué)生利用化學(xué)方程式結(jié)合物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行計(jì)算的能力，難度不大．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

將化學(xué)知識系統(tǒng)化，有助于對化學(xué)問題的進(jìn)一步認(rèn)識．請你參與下列問題的探究與討論．
問題1  無機(jī)化合物可根據(jù)其組成和性質(zhì)進(jìn)行分類：

（1）上圖所示的物質(zhì)分類方法的名稱是
 
．
（2）以K、Na、H、O、S、N中任意兩種或三種元素組成合適的物質(zhì)，分別填在下表中②、④、⑥后面（每空只填一種物質(zhì)，用化學(xué)式表示）．
物質(zhì)類型 酸 堿 鹽 氧化物 氫化物
化學(xué)式 ①H2SO4
②
 
 ③NaOH
④
 
 ⑤Na2SO4
⑥
 
 ⑦SO2
⑧SO3		 ⑨NH3
⑩2S
問題2  從不同的角度，化學(xué)反應(yīng)可以有著不同的分類方法．請你仿照圖例，在如下的方框中，用圖示的方法表示出氧化還原反應(yīng)、化合反應(yīng)和離子反應(yīng)之間的關(guān)系（每類反應(yīng)各用一個(gè)圓圈表示）．

問題3  化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生是有條件的．反應(yīng)物相同、反應(yīng)的條件不同，反應(yīng)的產(chǎn)物不同，如：①4Na+O2═2Na20，②2Na+O2═Na202．事實(shí)上還有許多條件可以影響化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，請仿照示例寫出兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式表示下列觀點(diǎn)：反應(yīng)物相兩、反應(yīng)物的濃度不同，反應(yīng)的產(chǎn)物不同．
①
 

②
 
．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

北京提出2008年“綠色奧運(yùn)”的口號，為改善北京空氣質(zhì)量將冬季燃燒煤取暖改用天然氣做燃料，主要是為了（　�。�
A、減少氮、硫氧化物的排放
B、降低對臭氧層的破壞
C、減少二氧化碳的排放
D、防止溫室效應(yīng)

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列敘述中正確的是（　�。�
A、常溫下11.2 L的甲烷氣體含有甲烷分子數(shù)為0.5NA個(gè)
B、14 g乙烯（C2H4）和丙烯（C3H6）的混合物中總原子數(shù)為3NA個(gè)
C、標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6 L H2O含有9.03×1023個(gè)H2O分子
D、5.6 g鐵與足量的稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的分子數(shù)為0.15NA個(gè)

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

把10.2g 鎂鋁合金的粉末放入過量的鹽酸中，得到11.2L H2（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．試計(jì)算：
（1）該合金中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（2）該合金中鋁和鎂的物質(zhì)的量之比．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

在75℃的NaOH溶液中通入Cl2，發(fā)生如下反應(yīng)：6NaOH+3Cl2 
  △  
.
 
 NaClO3+5NaCl+3H2O
（1）該反應(yīng)中氧化劑是
 
，還原劑是
 
，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量的比為
 

（2）下列反應(yīng)中與上述反應(yīng)最相似的是
 

①2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2②2KClO3+I2=2KIO3+Cl2↑
③2H2S+SO2=3S+2H2O④3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

完成對硫代硫酸鈉（Na2S2O3）和亞硫酸鈉混合物中亞硫酸鈉含量的測定實(shí)驗(yàn)．
已知：Na2S2O3+H2SO4═Na2SO4+SO2↑++S↓+H2O
有關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器（連接和固定儀器用的膠管、鐵架臺等裝置均略去）如圖所示．

（1）請?zhí)顚懴卤恚ò磧x器連接順序由上到下依次填入，各儀器只能使用一次）．可供選用的試劑有品紅溶液、NaOH溶液、濃硫酸、無水硫酸銅、堿石灰．
儀器 加入試劑 作用
A
E
（2）若實(shí)驗(yàn)中稱取m1g混合物樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
①組裝好上述儀器后，應(yīng)首先進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是
 
，
②若實(shí)驗(yàn)前后裝置C的質(zhì)量分別為m2g、m3g，裝置B的質(zhì)量分別為m4g、m5g，則樣品中Na2SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)（設(shè)為a）的計(jì)算式為
 
．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

在一個(gè)固定體積的密閉容器中，加入2mol A和1mol B發(fā)生反應(yīng)：2A（g）+B（g）?3C（g）+D（g）達(dá)到平衡時(shí)，C的物質(zhì)的量百分含量為w，若維持容器體積和溫度不變，按下列四種方法改變起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，C的物質(zhì)的量百分含量大于w的是（　�。�
A、4molA+2molB
B、2molA+1molB+3molC+1molD
C、3molC+1molD+1molB
D、3molC+1molD

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

近年來，由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，關(guān)于CO2和碳酸鹽應(yīng)用的研究受到人們的重視．某研究小組利用反應(yīng)：CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g）△H=-41.2kJ/mol，制備CO2與H2的混合氣體，并進(jìn)一步研究CO2與H2以不同的體積比混合時(shí)在合適條件下的反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)用．

（1）已知：850℃時(shí)在一體積為10L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H2O，CO和H2O濃度變化如圖1所示：
下列說法正確的是
 
（填序號）
A．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol
B．達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)體系最終會放出49.44kJ熱量
C．第4min始，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
D．第6min時(shí)，若升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)會減小
E．第8min時(shí)，若充入氦氣，會導(dǎo)致v正（CO）＜v逆（H2O）
（2）850℃時(shí)，若在容積為2L的密閉容器中同時(shí)充入1.0mol CO，3.0mol H2O，amol CO2和bmol H2．a(chǎn)=
 
mol，b=
 
mol，該平衡與（1）中平衡是等效平衡．
（3）研究小組采用堿液吸收一定量CO2的方法來提高混合氣中H2與CO2的體積比．若以1L1.5mol/L的NaOH溶液充分吸收了22.4L（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積）CO2，則吸收后溶液中各離子濃度從大到小的順序是
 
．
（4）如將H2 與CO2以4：1的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH4．已知：
CH4 （g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（1）△H1=-890.3kJ/mol
H2（g）+
1
2
O2（g）═H2O（1）△H2=-285.8kJ/mol
則CO2（g）與H2（g）反應(yīng)生成CH4（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式是
 
．
（5）熔融鹽燃料電池（見圖2）是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極．已知負(fù)極的電極反應(yīng)是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O．正極的電極反應(yīng)是
 
．為了使該燃料電池長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定．為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是
 
．實(shí)驗(yàn)過程中，若通入了標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣448L（假設(shè)空氣中O2體積分?jǐn)?shù)為20%），則熔融鹽燃料電池消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下CH4
 
L．

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