Question

CO和CO₂都可以合成甲醇：CO+2H₂→CH₃OH；CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O，CO、CO₂和H₂可通过下列反应制备：
①CH₄+H₂O（g）→CO+3H₂；
②CO+H₂O（g）→CO₂+H₂；
反应①的产物合成甲醇时H₂过量，反应②的产物合成甲醇时H₂不足．为了充分利用原料，可将两个反应的产物混合使用．
（1）反应①和反应②的产物气体混合的最佳比例为

4：1

．
（2）以CH₄、CO、H₂O混合气体为原料气，在一定条件下充分反应，所得气体用于合成甲醇，为使原子的利用率达到最高，则CH₄、CO、H₂O的最佳配比为

2：1：2

．
（3）若以100L CH₄和H₂O的混合气体为原料，制备CO、CO₂和H₂混合气体，当CH₄和H₂O均完全反应后，则在相同条件下反应后的气体的体积为

166.7L＜V＜200L

．（写出范围）．

Answer 1

分析：（1）反应①和反应②的产物气体混合的最佳比例应满足CO、CO₂和H₂完全反应生成CH₃OH；
（2）使原子利用率都达到100%，根据原子守恒，由甲醇的分子式可知，则混合气体中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，据此计算；
（3）假定只发生反应CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合气体的体积最大，假定只发生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合气体的体积最小，据此计算．

解答：解：（1）设反应①的气体产物共为V₁L，则合成甲醇时H₂过量0.25V₁L，反应②的气体产物共为V₂L，则反应②生成的气体中CO₂体积为0.5V₂L，H₂的体积为0.5V₂L，反应CO+2H₂→CH₃OH合成甲醇剩余的氢气，与反应②生成的混合气体恰好发生反应CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O，
故0.5V₂L：（0.5V₂L+0.25V₁L）=1：3，整理得V₁：V₂=4：1，
故答案为：4：1；
（2）使原子利用率都达到100%，根据原子守恒，由甲醇的分子式可知，则混合气体中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，
令CH₄、CO、H₂O的物质的量分别为xmol、ymol、zmol，则（x+y）：（4x+2z）：（y+z）=1：4：1，
整理得x：y：z=2：1：2，
故答案为：2：1：2；
（3）假定只发生反应CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合气体的体积最大，最大体积为100L×

4

2

=200L，假定只发生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合气体的体积最小，最小体积为100L×

5

3

=166.7L，故反应后气体的体积为：166.7L＜v＜200L，
故答案为：166.7L＜V＜200L．

点评：本题以有机合成为载体综合考查混合物的计算，题目难道较大，注意从质量守恒的角度结合反应的方程式计算，为解答该题的关键，注意把握相关反应的可能性．