(2012?閘北區(qū)二模)合成氨的原料氣之一氫氣可由天然氣(甲烷)與水蒸汽在一定條件下反應(yīng)制得:
CH
4+H
2O (g)→CO+3H
2①; CO+H
2O (g)→CO
2+H
2②
CO和CO
2都可以合成甲醇:
CO+2H
2→CH
3OH ③; CO
2+3H
2→CH
3OH+H
2O ④
(1)1m
3CH
4與足量水蒸氣反應(yīng),理論上最多可制得同溫同壓下的H
24
4
m
3;現(xiàn)有100mol CH
4,與水蒸汽充分反應(yīng)產(chǎn)生的CO和CO
2的體積比為3:1,則此時產(chǎn)生的氣體(不含CH
4)中H
2有
325
325
mol;若以150L CH
4和H
2O的混合氣體為原料,制備CO、CO
2和H
2混合氣體,當CH
4和H
2O均完全反應(yīng)后,在相同條件下反應(yīng)后氣體的體積為
250L<v<300L
250L<v<300L
(寫范圍).
(2)若反應(yīng)①的氣體產(chǎn)物共為V
1L,則合成甲醇時H
2過量0.25V
1L;反應(yīng)②的氣體產(chǎn)物共為V
2L,則合成甲醇時H
2不足(H
2少V
2L).為了充分利用原料,可將兩個反應(yīng)的產(chǎn)物混合使用,則V
1與V
2最佳比例為
4:1
4:1
.
(3)若以CH
4、CO、H
2O混合氣體為原料氣在一定條件下充分反應(yīng),所得氣體用以合成甲醇,為使原子利用率都達到100%,則CH
4、CO、H
2O的最佳配比為
1:2:1
1:2:1
.
(4)為了充分利用原料,合成氨廠也可同時生產(chǎn)甲酸和甲醇.有關(guān)反應(yīng)式為:
2CH
4+O
2→2CH
3OH ⑤; CO
2+H
2→HCOOH ⑥;
由空氣制得的液態(tài)氮和液態(tài)氧的物質(zhì)的量之比為4:1,若充分利用液態(tài)氮以及CH
4與足量水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì),每生產(chǎn)80mol NH
3(設(shè)水氣足量),得到20mol HCOOH,試計算同時可得到CH
3OH的物質(zhì)的量.