Question

CO和CO₂都可以合成甲醇：CO+2H₂→CH₃OH；CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O，CO、CO₂和H₂可通過下列反應(yīng)制備：
①CH₄+H₂O（g）→CO+3H₂；
②CO+H₂O（g）→CO₂+H₂；
反應(yīng)①的產(chǎn)物合成甲醇時H₂過量，反應(yīng)②的產(chǎn)物合成甲醇時H₂不足．為了充分利用原料，可將兩個反應(yīng)的產(chǎn)物混合使用．
（1）反應(yīng)①和反應(yīng)②的產(chǎn)物氣體混合的最佳比例為

4：1

．
（2）以CH₄、CO、H₂O混合氣體為原料氣，在一定條件下充分反應(yīng)，所得氣體用于合成甲醇，為使原子的利用率達(dá)到最高，則CH₄、CO、H₂O的最佳配比為

2：1：2

．
（3）若以100L CH₄和H₂O的混合氣體為原料，制備CO、CO₂和H₂混合氣體，當(dāng)CH₄和H₂O均完全反應(yīng)后，則在相同條件下反應(yīng)后的氣體的體積為

166.7L＜V＜200L

．（寫出范圍）．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)①和反應(yīng)②的產(chǎn)物氣體混合的最佳比例應(yīng)滿足CO、CO₂和H₂完全反應(yīng)生成CH₃OH；
（2）使原子利用率都達(dá)到100%，根據(jù)原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，據(jù)此計(jì)算；
（3）假定只發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合氣體的體積最大，假定只發(fā)生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合氣體的體積最小，據(jù)此計(jì)算．

解答：解：（1）設(shè)反應(yīng)①的氣體產(chǎn)物共為V₁L，則合成甲醇時H₂過量0.25V₁L，反應(yīng)②的氣體產(chǎn)物共為V₂L，則反應(yīng)②生成的氣體中CO₂體積為0.5V₂L，H₂的體積為0.5V₂L，反應(yīng)CO+2H₂→CH₃OH合成甲醇剩余的氫氣，與反應(yīng)②生成的混合氣體恰好發(fā)生反應(yīng)CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O，
故0.5V₂L：（0.5V₂L+0.25V₁L）=1：3，整理得V₁：V₂=4：1，
故答案為：4：1；
（2）使原子利用率都達(dá)到100%，根據(jù)原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，
令CH₄、CO、H₂O的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol、zmol，則（x+y）：（4x+2z）：（y+z）=1：4：1，
整理得x：y：z=2：1：2，
故答案為：2：1：2；
（3）假定只發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合氣體的體積最大，最大體積為100L×

4

2

=200L，假定只發(fā)生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合氣體的體積最小，最小體積為100L×

5

3

=166.7L，故反應(yīng)后氣體的體積為：166.7L＜v＜200L，
故答案為：166.7L＜V＜200L．

點(diǎn)評：本題以有機(jī)合成為載體綜合考查混合物的計(jì)算，題目難道較大，注意從質(zhì)量守恒的角度結(jié)合反應(yīng)的方程式計(jì)算，為解答該題的關(guān)鍵，注意把握相關(guān)反應(yīng)的可能性．