Question

（2009?靜安區二模）甲醚（CH₃OCH₃）是一種新型的合成“柴油”，它可由天然氣（體積分數：CO₂為5%，CH₄為95%）合成．合成甲醚主要步驟為造氣和合成．過程如下（氣體體積均在同溫同壓下測定；氧氣由空氣提供，其中N₂和O₂的體積比為4：1；不考慮CO與水的反應；各步反應轉化率均為100%）：

（1）若造氣得到的氣體只含CO和H₂，該混合氣體中，碳元素的質量分數為a%，則氫元素的質量分數為

（100-2.33a）

%（用含a的式子表示）．
（2）造氣時每使用100m³天然氣，應同時通入水蒸氣

10

m³、空氣

200

m³，才能保證合成時CO與H₂的體積比為1：2；合成甲醚后，有

50

m³的水蒸氣可參加循環生產．
（3）若只用天然氣和空氣造氣，合成后得到的蒸氣成分如下表：

氣體	CH3OCH3	H2O	N2	A
體積（m3）	95	95	x	y

則A氣體的分子式為

CO

； x=

360

．

Answer 1

分析：（1）CO中含有碳元素，根據C元素的質量分數計算混合物中CO的質量分數，根據1-w（CO）計算氫氣的質量分數；
（2）根據題意知，100m³天然氣含CH₄95m³、CO₂5m³．根據方程式計算二氧化碳反應消耗甲烷、生成CO、氫氣的體積；
令通入水蒸氣的體積為xm³，根據方程式用x表示出水蒸氣反應消耗甲烷、生成CO、氫氣的體積；用x表示出與氧氣反應的甲烷的體積，根據方程式表示用x反應消耗氧氣、生成CO、氫氣的體積，根據CO與H₂的體積比為1：2列方程計算x的值，再根據空氣中氧氣的體積分數計算需要空氣的體積；
根據碳元素守恒計算生成甲醚體積，再根據方程式計算可以循環的水的體積；
（3）只用天然氣和空氣造氣，根據反應（2）、（3）可知，造氣階段CO與H₂的體積比為介于1：1與1：2之間，由反應（4）可知，氫氣不足，故有CO剩余，則A為CO．甲醚與水蒸氣中含有C、H原子數目之比為1：4，相當于甲烷轉化得到，由碳原子守恒可知，天然氣中甲烷為190m³，根據天然氣中甲烷與二氧化碳的含量可知，二氧化碳為190m³×

5

95

=10m³，根據氧原子守恒計算氧氣的體積，再根據氮氣與氧氣的體積之比計算x的值．

解答：解：（1）混合物中C元素的質量分數為a%，CO中含有碳元素，故混合物中CO的質量分數=

a%

12 28

=2.33a%，故w（氫氣）=1-w（CO）=1-2.33a%=（100-2.33a）%，
故答案為：100-2.33a；
（2）根據題意知，100m³天然氣含CH₄95m³、CO₂5m³，設通入的水蒸氣為xm³，則：
CH₄+CO₂→2H₂+2CO  
5    5   10  10     
CH₄+H₂O→3H₂+CO
x   x   3x  x
      2CH₄+O₂→→→4H₂+2CO
（95-5-x）  

95-5-X

2

  2（95-5-x）  （95-5-x）
故2×[10+x+（95-5-x）]=10+3x+2（95-5-x） 
解得：x=10，
故通入的空氣的體積為：5×

95-5-X

2

m³=200 m³，
根據碳元素守恒計算生成甲醚體積為

1

2

×（95 m³+5 m³）=50m³，由方程式可知生成水蒸氣為50m³，
故答案為：10；200；50；
（3）只用天然氣和空氣造氣，根據反應（2）、（3）可知，造氣階段CO與H₂的體積比為介于1：1與1：2之間，由反應（4）可知，氫氣不足，故有CO剩余，則A為CO．甲醚與水蒸氣中C、H原子數目之比為1：4，相當于甲烷轉化到達，由碳原子守恒可知，天然氣中甲烷為2×95m³=190m³，根據天然氣中甲烷與二氧化碳的含量可知，二氧化碳為190m³×

5

95

=10m³，根據氧原子守恒可知，氧氣的體積為

1

2

（95m³+95m³+10m³）=90m³，故氮氣的體積為4×90m³=360m³，即x=360，
故答案為：CO；360．

點評：本題考查混合物的計算，（2）中可以利用碳原子守恒計算CO的體積，進而計算氫氣的體積，再根據氫原子守恒計算加入水蒸氣的體積，（3）為易錯點，關鍵是根據反應關系確定A為CO、再根據甲烷中C、H定比關系結合原子守恒確定CO的體積，題目過程復雜，計算量很大，難度較大，為易錯題目．