Question

【題目】甲烷和水蒸氣反應的產物是合成甲醇的原料：CH4＋H2OCO＋3H2

已知：CO＋2H2CH3OH、CO2＋3H2CH3OH＋H2O，300 mol CH4完全反應后的產物中，加入100 mol CO2后合成甲醇。若獲得甲醇350 mol，殘留氫氣120 mol，計算CO2的轉化率_________。

Answer 1

【答案】80%

【解析】

方法一：

CH4　＋　H2O　CO　＋　3H2

300 mol　　　　　　　300 mol　900 mol

設CO2的轉化率為α，CO的轉化率為β

CO　＋　　2H2　　CH3OH

300βmol　 600βmol　　　300βmol

CO2　＋　　3H2　　CH3OH　＋　H2O

100αmol　　300αmol　　　100αmol

根據題意，共生成350mol甲醇，所以有300βmol＋100αmol＝350 mol①式

根據題意，反應后殘留氫氣120mol，則實際參加反應的氫氣為(900mol－120mol)，所以有600βmol＋300αmol＝900 mol－120 mol②式

由①②式可得α＝0.8，即CO2的轉化率為80%。

方法二：

在合成甲醇的反應中，氫元素在生成物中有兩種存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，設CO2的轉化率為α

CH4　＋　H2OCO　＋　3H2

300 mol　　　　　　　　　　900 mol

CO2　＋　3H2CH3OH　＋　H2O

100αmol　　　　　　　　　　　100αmol

根據題意，反應后殘留氫氣120mol，則實際參加反應的氫氣為(900 mol－120 mol)，根據反應中氫元素原子的守恒可有900 mol－120mol＝350 mol×2＋100αmol，解得α＝0.8，即CO2的轉化率為80%。