Question

(8分) 二甲醚（CH₃OCH₃）簡稱CME，是一種理想的煤基清潔燃料，可由生物甲烷或天然氣合成。合成二甲醚主要步驟為造氣和合成。過程如下：

 

 

 

 

 

(1)生物甲烷是由植物在一定條件下發酵(代謝產物為相等物質的量的CH₄和CO₂ )而制得，植物纖維素發酵制得甲烷的化學方程式為 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  。

(2)若162 kg纖維素含量為10%的農作物桔桿，在微生物作用下完全轉化為CH₄和CO₂，通入適量的水蒸氣合成二甲醚，理論上最多可得到  　　　　　　　　　　　　　　　　　　  kg的二甲醚。

(3)若天然氣中只含CH₄，空氣中只含N₂和O₂，且體積比為4∶1。某企業用標準狀況下22.4 m³天然氣及水蒸氣、空氣為原料生產二甲醚，同時利用N₂與H₂合成氨。在合成二甲醚的同時，理論上還可得到多少千克的NH₃？（假設天然氣完全反應后的N₂全部轉化為NH₃，且生產過程中轉化率均為100%；合成塔中水與CO不反應）

 

 

Answer 1

(1) (C₆H₁₀O₅)n+nH₂O→3nCH₄↑+3nCO₂↑ (2分)

(2)9.20   (162 kg纖維素→ 300 mol CH₄  300 mol CO₂ → 400 mol CH₃OH → 200 mol CH₃OCH₃)   (2分)

(3) 設反應③中消耗O₂的物質的量為x，則N₂的物質的量為4x

 2CH₄+O₂→4H₂+2CO      CH₄  +  H₂O →　　　3H₂            +     CO

 2x   x   4x   2x       1×10³－2x      (1×10³－2x)×3     (1×10³－2x)

合成二甲醚反應中CO和H₂為1∶2，合成氨反應中，N₂與H₂體積比為1∶3，則

4x＋(1×10³－2x)×3－[2x＋(1×10³－2x)]×2=4x×3   (關系式2分)

x=1000/14 mol

NH₃ ：4x×2×17=9.71 kg   (結果2分)