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．部分物質的燃燒熱數據如表：

物  質	燃燒熱（kJ?mol-1）
H2（g）	-285.8
CO（g）	-283.0
CH4（g）	-890.3

已知1mol H₂O（g）轉變?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
假設在生產過程中，反應①、②、③中各有機物的轉化率均為100%．且反應②中CO和H₂、反應③中H₂的轉化率都為80%，計算至少需要焦炭

3.0

噸、甲烷

4.0

噸，才能滿足生產需要．

Answer 1

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

解答：解：（1）由表中數據可知：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的量為1mol×a=amol，根據反應N₂ （g）+3H₂ （g） 2NH₃（g）可知
生成的氨氣的物質的量為參加反應的氮氣的物質的量的2倍，所以生成的氨氣的物質的量為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，本題注意利用關系式計算，注意利用蓋斯定律計算反應熱的方法．