(2010?南通模擬)利用焦炭或天然氣制取廉價的CO和H2,再用于有機合成是目前工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑.回答下列問題:
(1)甲烷在高溫下與水蒸氣反應的化學方程式為:CH4+H2O═CO+3H2.部分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表:
物  質(zhì) 燃燒熱(kJ?mol-1
H2(g) -285.8
CO(g) -283.0
CH4(g) -890.3
已知1mol H2O (g)轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H2O(l)時放出44.0kJ熱量.則CH4和水蒸氣在高溫下反應生成1mol H2的反應熱為
+68.7kJ/mol
+68.7kJ/mol

(2)用CO和H2在一定條件下合成甲醇:CO+2H2?CH3OH.工業(yè)上采用稍高的壓強(5MPa)和250℃,其可能原因是
從平衡常數(shù)與溫度的變化關系可知該反應為放熱反應,溫度低,甲醇的產(chǎn)率高,但反應速率慢,經(jīng)濟效益低;又因為該反應是氣體體積縮小的反應,采用稍高的壓強有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率
從平衡常數(shù)與溫度的變化關系可知該反應為放熱反應,溫度低,甲醇的產(chǎn)率高,但反應速率慢,經(jīng)濟效益低;又因為該反應是氣體體積縮小的反應,采用稍高的壓強有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率

反應溫度/℃ 平衡常數(shù) 反應溫度/℃ 平衡常數(shù)
0 667.30 200 1.909×10-2
100 12.92 300 2.42×10-4
(3)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:
CH2=CH2HOCH2CH2CHO HOCH2CH2CH2OH
某化工廠已購得乙烯11.2t,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+H2
 高溫 
.
 
CO+3H2
假設在生產(chǎn)過程中,反應①、②、③中各有機物的轉(zhuǎn)化率均為100%.且反應②中CO和H2、反應③中H2的轉(zhuǎn)化率都為80%,計算至少需要焦炭、甲烷各多少噸,才能滿足生產(chǎn)需要?
需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t
需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t
分析:(1)①H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol,
②CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ/mol,
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol,
④H2O (g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol,
由蓋斯定律可知,③+④-①×3-②得CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g);
(2)由數(shù)據(jù)可知,溫度越大,平衡常數(shù)越小及反應速率、壓強對轉(zhuǎn)化率的影響來分析;
(3)由給出的反應得出關系式C2H4 ~CO~H2 ~HOCH2CH2CHO及反應②、③所需的CO和H2可由以下兩個反應來計算.
解答:解:(1)①H2(g)+
1
2
O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol,
②CO(g)+
1
2
O2(g)=CO2(g)△H=-283kJ/mol,
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol,
④H2O (g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol,
由蓋斯定律可知,③+④-①×3-②得CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ/mol,
則CH4和水蒸氣在高溫下反應生成1mol H2的反應熱為
+206.1kJ/mol
3
=+68.7kJ/mol,故答案為:+68.7kJ/mol;
(2)由數(shù)據(jù)可知,溫度越大,平衡常數(shù)越小,從平衡常數(shù)與溫度的變化關系可知該反應為放熱反應,溫度低,甲醇的產(chǎn)率高,但反應速率慢,經(jīng)濟效益低;又因為該反應是氣體體積縮小的反應,采用稍高的壓強有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率,
故答案為:從平衡常數(shù)與溫度的變化關系可知該反應為放熱反應,溫度低,甲醇的產(chǎn)率高,但反應速率慢,經(jīng)濟效益低;又因為該反應是氣體體積縮小的反應,采用稍高的壓強有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率;
(3)反應②中   C2H4 ~CO~~~~~~~H2 ~~~HOCH2CH2CHO
                 28    28               2               74
                 2t   m(CO)×80%     m(H2)×80%       m(HOCH2CH2CHO)
則m(CO)=14 t、m(H2)=1.0 t、m(HOCH2CH2CHO)=29.6t,
反應③中  HOCH2CH2CHO~H2
               74       2
                29.6t   m(H2)×80%
則m(H2)=1.0t,
反應②、③中共需CO14 t、H22.0 t,
又C+H2O
 高溫 
.
 
CO+H2                        
12          28   2                             
m(C)                                                              
CH4+H2O
 高溫 
.
 
CO+3H2
16            28   6
m(CH4
得方程
28m(C)
12
+
28m(CH4)
16
=14t和 
2m(C)
12
+
6m(CH4)
16
=2.0t,
解得m(C)=3.0 t、m(CH4)=4.0t,
故答案為:需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t.
點評:本題為綜合題,考查知識點涉及蓋斯定律計算、化學反應的計算、影響化學平衡和反應速率的因素,注重高考熱點及知識的遷移應用,題目難度較大,尤其對于多個反應的計算,為學生解答的難點和易錯點.
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