Question

16．已知：CO和H₂在Co做催化劑、溫度為160℃～200℃時(shí)，可以合成汽油（即分子中含5至8個(gè)碳原子的烷烴）．
（1）用C_nH_2n+2表示汽油，寫出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O（需配平）
（2）若向密閉的合成塔內(nèi)通入CO和H₂，恰好完全反應(yīng)，此時(shí)塔內(nèi)壓強(qiáng)降至反應(yīng)前的$\frac{2}{5}$，通過計(jì)算說明是否生成汽油．
（3）以天然氣、焦炭、水為初始原料，可以制得CO和H₂，進(jìn)而人工合成汽油．（流程示意圖如下，反應(yīng)③的H₂也由反應(yīng)①得到．）

若反應(yīng)①、②、③的轉(zhuǎn)化率均為100%，且將反應(yīng)①中得到的CO₂和H₂全部用于合成人工汽油．
（a）通過計(jì)算說明上述方案能否得到理想的產(chǎn)品．
（b）當(dāng)CO₂的使用量應(yīng)控制為反應(yīng)①中CO₂產(chǎn)量的$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$（填比例范圍），可以得到理想的產(chǎn)品．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意知用CO和氫氣合成汽油的產(chǎn)物除烴外還有水，結(jié)合質(zhì)量守恒定律可寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）據(jù)反應(yīng)方程式分析生成物中的原子組成可知；
（3）（a）根據(jù)化學(xué)方程式：當(dāng)n=5～8時(shí)，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$分析；
（b）據(jù)反應(yīng)CH₄+2H₂O$\stackrel{催化劑}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO、nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，分析．

解答 解：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒可知反應(yīng)生成C_nH_2n+2和水，則反應(yīng)的方程式為nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，
故答案為：nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O；
（2）當(dāng)完全反應(yīng)后，合成塔內(nèi)溫度不變，而塔內(nèi)氣體壓強(qiáng)降低到原來的$\frac{2}{5}$，則物質(zhì)的量為原來的$\frac{2}{5}$，根據(jù)反應(yīng)nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，可$\frac{1+n}{n+2n+1}$=$\frac{2}{5}$，得n=3．即恰好反應(yīng)生成丙烷，無汽油生成，
故答案為：$\frac{1+n}{n+2n+1}$=$\frac{2}{5}$，得n=3．即恰好反應(yīng)生成丙烷，無汽油生成；
（3）（a）根據(jù)化學(xué)方程式：
當(dāng)n=5～8時(shí)，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$，而由CH₄+2H₂O$\stackrel{催化劑}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO知，若反應(yīng)①中CO₂全部用于合成汽油，則$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}=\frac{1}{2}＞\frac{8}{17}$，故不能得到理想產(chǎn)品，故答案為：不能得到理想產(chǎn)品；
（b）當(dāng)n=5～8時(shí)，$\frac{8}{17}$＞$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}＞\frac{5}{11}$，據(jù)反應(yīng)CH₄+2H₂O$\stackrel{催化劑}{→}$CO₂+4H₂、CO₂+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO、nCO+（2n+1）H₂$\stackrel{催化劑}{→}$C_nH_2n+2+nH₂O，可知，1molCO₂能夠生成2molCO，所以當(dāng)CO₂的使用量應(yīng)控制為反應(yīng)①中CO₂產(chǎn)量的$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$，可以得到理想的產(chǎn)品，故答案為：$\frac{10}{11}$～$\frac{16}{17}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物的合成，題目難度中等，注意從質(zhì)量守恒的角度書寫反應(yīng)的相關(guān)化學(xué)方程式，