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。

⑴生物甲烷是由植物和動物糞便在一定條件下發酵而得的甲烷：

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。

⑵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。

⑶為了充分利用反應過程中生成的比較純凈的氮氣，某企業用天然氣為主要原料聯合生產二甲醚和氨，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。該企業每生產34t NH₃理論上同時可以得到二甲醚多少噸？（設工業多次轉化，總轉化率假定為100%設合成塔Ⅰ中水與CO不反應）？

Answer 1

（1）6.72m³  (2分)   (2)10m³,200m³  (每空2分)    (3)80.5t  (4分)

解析:

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、區分度好的試題。(1)(C₆H₁₀O₅) _n ~ 3nCH₄,即C₆H₁₀O₅ ~ 3CH₄

n(CH₄)=3n(C₆H₁₀O₅) =

V(CH₄)=300mol×22.4L/mol=6.72×10³L=6.72m³

(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。

（3）由反應N₂+3H₂==2NH₃可求得生產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，為80.5t。