Question

16．已知：CO和H₂在Co做催化剂、温度为160℃～200℃时，可以合成汽油（即分子中含5至8个碳原子的烷烃）．
（1）用C_nH_2n+2表示汽油，写出上述反应的化学方程式nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O（需配平）
（2）若向密闭的合成塔内通入CO和H₂，恰好完全反应，此时塔内压强降至反应前的$\frac{2}{5}$，通过计算说明是否生成汽油．
（3）以天然气、焦炭、水为初始原料，可以制得CO和H₂，进而人工合成汽油．（流程示意图如下，反应③的H₂也由反应①得到．）

若反应①、②、③的转化率均为100%，且将反应①中得到的CO₂和H₂全部用于合成人工汽油．
（a）通过计算说明上述方案能否得到理想的产品．
（b）当CO₂的使用量应控制为反应①中CO₂产量的$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$（填比例范围），可以得到理想的产品．

Answer 1

分析 （1）根据题意知用CO和氢气合成汽油的产物除烃外还有水，结合质量守恒定律可写出反应的化学方程式；
（2）据反应方程式分析生成物中的原子组成可知；
（3）（a）根据化学方程式：当n=5～8时，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$分析；
（b）据反应CH₄+2H₂O$\stackrel{催化剂}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO、nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，分析．

解答 解：（1）根据质量守恒可知反应生成C_nH_2n+2和水，则反应的方程式为nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，
故答案为：nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O；
（2）当完全反应后，合成塔内温度不变，而塔内气体压强降低到原来的$\frac{2}{5}$，则物质的量为原来的$\frac{2}{5}$，根据反应nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，可$\frac{1+n}{n+2n+1}$=$\frac{2}{5}$，得n=3．即恰好反应生成丙烷，无汽油生成，
故答案为：$\frac{1+n}{n+2n+1}$=$\frac{2}{5}$，得n=3．即恰好反应生成丙烷，无汽油生成；
（3）（a）根据化学方程式：
当n=5～8时，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$，而由CH₄+2H₂O$\stackrel{催化剂}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO知，若反应①中CO₂全部用于合成汽油，则$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}=\frac{1}{2}＞\frac{8}{17}$，故不能得到理想产品，故答案为：不能得到理想产品；
（b）当n=5～8时，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$，据反应CH₄+2H₂O$\stackrel{催化剂}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO、nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化剂}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，可知，1molCO₂能够生成2molCO，所以当CO₂的使用量应控制为反应①中CO₂产量的$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$，可以得到理想的产品，故答案为：$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$．

点评 本题考查有机物的合成，题目难度中等，注意从质量守恒的角度书写反应的相关化学方程式，