Question

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．部分物質的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：

物  質	燃燒熱
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．則CH₄和水蒸氣在高溫下反應生成1mol H₂的反應熱為______．
（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______．

反應溫度/℃	平衡常數(shù)	反應溫度/℃	平衡常數(shù)
	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 CO+H₂     CH₄+H₂O CO+3H₂
假設在生產(chǎn)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、甲烷各多少噸，才能滿足生產(chǎn)需要？______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②CO（g）+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）+O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②CO（g）+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=+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 CO+H₂                        
12          28   2                             
m（C）                                                              
CH₄+H₂O CO+3H₂
16            28   6
m（CH₄）
得方程+=14t和  +=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．