Question

利用焦炭或天然氣制取廉價的CO和H₂，再用于氨合成和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．寫出CH₄和水蒸氣在高溫下反應的熱化學方程式

CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ?mol^-1

．
（2）500℃、50MPa時，在容積為V L的容器中加入1mol N₂、3mol H₂，，此時N₂的轉(zhuǎn)化率為a．則平衡時NH₃的濃度為

2a

V

mol/L

．
（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：

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+H₂O

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

3.0

噸、甲烷

4.0

噸，才能滿足生產(chǎn)需要．

Answer 1

分析：（1）寫出各反應的熱化學方程式，根據(jù)各反應的熱化學方程式，利用蓋斯定律解答；
（2）根據(jù)轉(zhuǎn)化率計算出參加反應的氮氣的物質(zhì)的量，結(jié)合方程式利用物質(zhì)的量之比等于化學計量數(shù)之比求出氨氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)濃度定義計算；
（3）根據(jù)關(guān)系式求出反應②、③中共需CO與H₂的質(zhì)量，令需焦炭xt，甲烷yt，根據(jù)方程式用x、y分別表示焦炭、甲烷生成的CO與H₂的質(zhì)量，再根據(jù)反應②、③中共需CO與H₂的質(zhì)量，列方程解答．

解答：解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知：①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ?mol^-1，
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ?mol^-1，
④H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1，
利用蓋斯定律，將③+④-①×3-②可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1 kJ?mol^-1；
（2）參加反應的氮氣的物質(zhì)的量為1mol×a=amol，根據(jù)反應N₂ （g）+3H₂ （g） 2NH₃（g）可知
生成的氨氣的物質(zhì)的量為參加反應的氮氣的物質(zhì)的量的2倍，所以生成的氨氣的物質(zhì)的量為2amol，
平衡時NH₃的濃度為c（NH₃）=

2amol

VL

=

2a

V

mol/L，
故答案為：

2a

V

mol/L；
（3）反應②中   
C₂H₄ ～～～～CO～～～～～～～～H₂ ～～～～～～HOCH₂CH₂CHO
28          28                2                  74
11.2t     m（CO）×80%        m（H₂）×80%       m（HOCH₂CH₂CHO）
則m（CO）=14t，m（H₂）=1.0 t，m（HOCH₂CH₂CHO）=29.6 t，
反應③中  HOCH₂CH₂CHO～H₂
          74           2
          29.6t        m（H₂）×80%
則m（H₂）=1.0 t，
反應②、③中共需CO14 t、H₂2.0 t．
令需焦炭xt，甲烷yt，則
   C+H₂O

高溫  .

CO+H₂            CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂
   12          28    2         16             28   6
    x         

7

3

x  

1

6

x         y            

7

4

y  

3

8

y
所以有：

7

3

x+

7

4

y=14和

1

6

x+

3

8

y=2，
解得，x=3，y=4，
故答案為：3.0；4.0．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學平衡，熱化學方程式書寫，有機合成計算，題目難度較大，本題注意利用關(guān)系式計算，注意利用蓋斯定律計算反應熱的方法．