Question

（2008?南通三模）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：

（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如下表．

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

計算此時乙烯的轉化率．
（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

高溫  .

CO+H₂ 
CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂
假設在生產過程中，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，才能滿足生產需要？

Answer 1

分析：（1）設反應前氣體共有100L，根據體積分數計算反應前乙烯、氮氣的體積，因為N₂的體積不發生變化，根據反應后氮氣體積分數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，再利用轉化率定義計算，據此解答；
（2）根據關系式：C₂H₄～CO～H₂～HOCH₂CH₂CHO、HOCH₂CH₂CHO～H₂，求出反應②、③中共需CO與H₂的質量，令需焦炭xt，甲烷yt，根據方程式用x、y分別表示焦炭、甲烷生成的CO與H₂的質量，再根據反應②、③中共需CO與H₂的質量，列方程解答．

解答：（1）設反應前氣體共有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
則此時乙烯的轉化率=

25L-5L

25L

×100%=80.0%
答：乙烯的轉化率為80.0%；
（2）反應②中CO和H₂、反應③中H₂均過量20%，則轉化率為

1

1+20%

=

5

6

反應②中：C₂H₄ ～～～～CO～～～～～～～～H₂ ～～～～～～HOCH₂CH₂CHO
             28          28             2                  74
             14t     m（CO）×

5

6

        m（H₂）×

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）×

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

高溫  .

CO+H₂        CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂
12       28  2        16          28   6
x        

7

3

x 

1

6

x       y         

7

4

y  

3

8

y

所以：

7

3

x+

7

4

y=16.8，

1

6

x+

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：本題根據方程式的有關計算，計算量較大、過程復雜，題目難度較大，注意反應②、③中轉化率計算，注意利用關系式計算．