Question

（10分）利用焦炭或天然氣制取廉價(jià)的CO和H2，再用于氨合成和有機(jī)合成是目前工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑�；卮鹣铝袉栴}：

（1）甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)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1 mol H2O(g)轉(zhuǎn)變?yōu)? mol H2O(l)時(shí)放出44.0 kJ熱量。寫出CH4和水蒸氣在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式         。

（2）500℃、50MPa時(shí)，在容積為V L的容器中加入1 mol N2、3 mol H2，反應(yīng)達(dá)平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為a。則K和a的關(guān)系是K＝         。

假設(shè)在生產(chǎn)過程中，反應(yīng)①、②、③中各有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率均為100%。且反應(yīng)②中CO和H2、反應(yīng)③中H2的轉(zhuǎn)化率都為80%，計(jì)算至少需要焦炭、甲烷各多少噸，才能滿足生產(chǎn)需要？要有計(jì)算過程）

Answer 1

10分（1）CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g)；  △H ＝＋206.1 kJ·mol－1（2分）

 （2）（2分）

（3）反應(yīng)②中   C2H4    ~    CO    ~    H2     ~    HOCH2CH2CHO

                 28           28         2               74

                 11.2t      m(CO)×80%   m(H2)×80%   m(HOCH2CH2CHO)

則m(CO)=14 t    m(H2)=1.0 t    m(HOCH2CH2CHO) =29.6 t

反應(yīng)③中  HOCH2CH2CHO     ～     H2

                 74                     2

                29.6t                  m(H2)×80%

則m(H2)=1.0 t

反應(yīng)②、③中共需CO14 t、H22.0 t。

C + H2OCO + H2        CH4 + H2OCO + 3H2

12           28   2         16            28    6

m(C)                      m(CH4)

得方程組＝14 t   和   ＝2.0 t

解得m(C)＝3.0 t      m(CH4)＝4.0 t

所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t      （6分）