Question

隨著石油資源的日趨緊張，天然氣資源的轉化利用越來越受到人們的關注．如圖所示是最近研發出的天然氣利用新途徑：首先，甲烷在催化劑作用下發生“氧氯化反應”生成一氯甲烷；然后，一氯甲烷在400℃的條件下通過分子篩催化轉化為低碳烯烴．
請根據以上信息回答下列問題：
（1）第一輪次反應投料時甲烷和氯化氫的最佳體積比為

l：1

．
（2）由一氯甲烷生成丙烯的化學方程式為

3CH₃Cl

分子篩

CH₂=CH-CH₃+3HCl

．
（3）若該途徑中的第一步“甲烷氧氯化反應”的轉化率為80%，經除水、分離出混合物中的一氯甲烷后，剩余物質全部留用并投入第二輪次生產；第二步反應生成含有乙烯、丙烯、丁烯的混合氣體，碳原子的利用率為90%，分離出其中的烯烴氣體后剩余物質全部留用并投入第二輪次生產．則：
①標準狀況下，1m³甲烷經過一輪反應可得到

0.45

kg乙烯、丙烯、丁烯的混合氣體．
②第二輪次反應投料時，需補充的甲烷、氧氣和HCl的體積比為

10：5：1

．

Answer 1

分析：（1）由發生2CH₄+2HCl+O₂

催化劑

2CH₃Cl+2H₂O來分析；
（2）一氯甲烷生成丙烯，還應生成HCl；
（3）①由關系式知CH₄→（CH₂）_n，總體轉化率為0.9×0.8，以此進行計算；
②設初始反應的甲烷量為1，甲烷轉化率為80%，則還剩余0.2，氧氣剩余0.1，HCl剩余0.72，以此計算需補充的甲烷、氧氣和HCl的體積比．

解答：解：（1）由信息可知發生的第一步轉化為2CH₄+2HCl+O₂

催化劑

2CH₃Cl+2H₂O，則甲烷和氯化氫的最佳體積比為l：1，故答案為：l：1；
（2）一氯甲烷生成丙烯，還應生成HCl，該反應為3CH₃Cl

分子篩

CH₂=CH-CH₃+3HCl，故答案為：3CH₃Cl

分子篩

CH₂=CH-CH₃+3HCl；
（3）①由關系式知CH₄→（CH₂）_n，總體轉化率為0.9×0.8，標準狀況下，1m³甲烷經過一輪反應可得到烯烴的質量為

1×0.9×0.8

22.4

×14=0.45kg，故答案為：0.45；
②設初始反應的甲烷量為1，由2CH₄+2HCl+O₂

催化劑

2CH₃Cl+2H₂O、3CH₃Cl

分子篩

CH₂=CH-CH₃+3HCl，甲烷轉化率為80%，則多部反應甲烷剩余0.2，氧氣剩余0.1，HCl剩余0.72，一氯甲烷0.08，三者反應的體積比可知需補充甲烷0.8、氧氣0.4、氯化氫0.08，最終比例為10：5：1，故答案為：10：5：1．

點評：本題考查有機化學反應的計算，明確發生的化學反應是解答本題的關鍵，注意反應中物質的轉化率是解答的易錯點，題目難度中等．