Question

11．1，3-丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1，3-丙二醇的路線如下：
CH₂=CH₂$→_{①}^{O_{2}/Ag}$ $→_{②}^{（CO，H_{2}）/Co}$ HOCH₂CH₂CHO$→_{③}^{H_{2}/Ni}$ HOCH₂CH₂CH₂OH
（1）通過反應①用乙烯和空氣混合氣體制備，測得反應前和某一時刻氣體的體積分數(shù)如下表．

	C2H4	O2	N2
反應前體積分數(shù)	25.0%	15.0%	60.0%	0
某一時刻體積分數(shù)	5.56%	5.54%	66.7%	22.2%

計算此時乙烯的轉(zhuǎn)化率．
（2）某化工廠已購得乙烯14t，考慮到原料的充分利用，反應②、③所需的CO和H₂可由以下兩個反應獲得：
C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂     CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
假設(shè)在生產(chǎn)過程中，反應②中CO和H₂、反應③中H₂均過量20%，且反應①、②、③中各有機物的轉(zhuǎn)化率均為100%．計算至少需要焦炭、甲烷各多少噸，才能滿足生產(chǎn)需要？

Answer 1

分析 （1）設(shè)反應前氣體共有100L，根據(jù)體積分數(shù)計算反應前乙烯、氮氣的體積，因為N₂的體積不發(fā)生變化，根據(jù)反應后氮氣體積分數(shù)計算反應后氣體的體積，進而計算反應后乙烯的體積，計算參加反應的乙烯的體積，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算，據(jù)此解答；
（2）根據(jù)關(guān)系式：C₂H₄～CO～H₂～HOCH₂CH₂CHO、HOCH₂CH₂CHO～H₂，求出反應②、③中共需CO與H₂的質(zhì)量，令需焦炭xt，甲烷yt，根據(jù)方程式用x、y分別表示焦炭、甲烷生成的CO與H₂的質(zhì)量，再根據(jù)反應②、③中共需CO與H₂的質(zhì)量，列方程解答．

解答 解：（1）設(shè)反應前氣體共有100L，
則反應前：V（C₂H₄）=100L×25.0%=25L
         V（N₂）=100L×60.0%=60L
因為N₂的體積不發(fā)生變化，則此時氣體的體積為60L÷66.7%=90L
V（C₂H₄）=90L×5.56%=5.00L
則此時乙烯的轉(zhuǎn)化率=$\frac{（25-5）L}{25L}$×100%=80.0%
答：乙烯的轉(zhuǎn)化率為80.0%；
（2）反應②中CO和H₂、反應③中H₂均過量20%，則轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{1+20%}$=$\frac{5}{6}$反應②中：
            C₂H₄ ～～～～CO～～～～～～～～H₂ ～～～～～～HOCH₂CH₂CHO
             28          28             2                  74
             14t     m（CO）×$\frac{5}{6}$      m（H₂）×$\frac{5}{6}$m（HOCH₂CH₂CHO）
則m（CO）=16.8t，m（H₂）=1.2t，m（HOCH₂CH₂CHO）=37 t，
反應③中  HOCH₂CH₂CHO～H₂
          74          2
          37t       m（H₂）×$\frac{5}{6}$
則m（H₂）=1.2t，
反應②、③中共需CO16.8t、H₂2.4t．
令需焦炭xt，甲烷yt，則：
C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂        CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
12       28  2        16          28   6
x        $\frac{7}{3}$x  $\frac{1}{6}$x       y          $\frac{7}{4}$y   $\frac{3}{8}$y

所以：$\frac{7}{3}$x+$\frac{7}{4}$y=16.8，$\frac{1}{6}$x+$\frac{3}{8}$y=2.4
解得x=3.6，y=4.8
答：需要焦炭3.6t、甲烷4.8t．

點評 本題考查化學平衡、方程式的有關(guān)計算，為高頻考點，側(cè)重考查學生分析計算能力，明確各個物理量之間的關(guān)系式是解本題關(guān)鍵，注意（1）中反應前后氮氣的體積不變是解答此題突破口，題目難度中等．