1330、甲醛氧化制备甲醇,反应物与生成物均为气态,甲醇转化率为75%,若使用50%的过量氧气,反应后气体混和物的摩尔组成为[ ]。

这是一道关于化学反应工程计算的经典题目。需要注意的是，题干中“甲醛氧化制备甲醇”这一描述与化学常识及后续选项逻辑存在矛盾（通常工业上是**甲醇氧化制备甲醛**，且选项中出现的是甲醇、甲醛和水，暗示反应物为甲醇）。 结合选项和常规化工原理考题逻辑，本题实际考查的是：**甲醇氧化制备甲醛**的反应过程。 反应方程式为： $$ \text{CH}_3\text{OH} + \frac{1}{2}\text{O}_2 \rightarrow \text{HCHO} + \text{H}_2\text{O} $$ ### 1. 设定基准与初始条件 为了方便计算，我们假设初始投入的**甲醇（$\text{CH}_3\text{OH}$）为 $1 \text{ mol}$**。 根据题意： * **氧气过量 50%**： * 理论需氧量：根据反应方程式，$1 \text{ mol}$ 甲醇完全反应需要 $0.5 \text{ mol}$ $\text{O}_2$。 * 实际供氧量：$0.5 \text{ mol} \times (1 + 50\%) = 0.75 \text{ mol}$ $\text{O}_2$。 * **甲醇转化率 75%**： * 反应掉的甲醇量：$1 \text{ mol} \times 75\% = 0.75 \text{ mol}$。 * 剩余的甲醇量：$1 \text{ mol} - 0.75 \text{ mol} = 0.25 \text{ mol}$。 ### 2. 计算反应后各组分的摩尔数 根据反应方程式 $\text{CH}_3\text{OH} + 0.5\text{O}_2 \rightarrow \text{HCHO} + \text{H}_2\text{O}$ 进行物料衡算： 1. **甲醇 ($\text{CH}_3\text{OH}$)**： * 剩余量 = 初始量 - 反应量 = $1 - 0.75 = \mathbf{0.25 \text{ mol}}$ 2. **甲醛 ($\text{HCHO}$)**： * 生成量 = 反应掉的甲醇量 $\times$ 化学计量比 ($1:1$) = $0.75 \times 1 = \mathbf{0.75 \text{ mol}}$ 3. **水 ($\text{H}_2\text{O}$)**： * 生成量 = 反应掉的甲醇量 $\times$ 化学计量比 ($1:1$) = $0.75 \times 1 = \mathbf{0.75 \text{ mol}}$ 4. **氧气 ($\text{O}_2$)**（虽然选项未提及，但为了完整性计算）： * 消耗量 = 反应掉的甲醇量 $\times 0.5 = 0.75 \times 0.5 = 0.375 \text{ mol}$ * 剩余量 = $0.75 - 0.375 = 0.375 \text{ mol}$ ### 3. 计算摩尔组成比例 题目要求给出 **甲醇 : 甲醛 : 水** 的摩尔组成比例。 * 甲醇 ($n_{\text{MeOH}}$) = $0.25 \text{ mol}$ * 甲醛 ($n_{\text{HCHO}}$) = $0.75 \text{ mol}$ * 水 ($n_{\text{H}_2\text{O}}$) = $0.75 \text{ mol}$ 比例为： $$ 0.25 : 0.75 : 0.75 $$ 将各项同时除以 $0.25$ 进行化简： $$ 1 : 3 : 3 $$ ### 4. 结论 反应后气体混合物中，甲醇、甲醛和水的摩尔比为 **1:3:3**。 对比选项： A. 1:2:3 B. 1:3:3 C. 1:3:4 D. 2:3:3 故正确答案为 **B**。