Question

（2010?南通模擬）利用焦炭或天然氣制取廉價(jià)的CO和H₂，再用于有機(jī)合成是目前工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑．回答下列問(wèn)題：
（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1mol H₂O （g）轉(zhuǎn)變?yōu)?mol H₂O（l）時(shí)放出44.0kJ熱量．則CH₄和水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成1mol H₂的反應(yīng)熱為

+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(qiáng)（5MPa）和250℃，其可能原因是

從平衡常數(shù)與溫度的變化關(guān)系可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度低，甲醇的產(chǎn)率高，但反應(yīng)速率慢，經(jīng)濟(jì)效益低；又因?yàn)樵摲磻?yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，采用稍高的壓強(qiáng)有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率

．

反應(yīng)溫度/℃	平衡常數(shù)	反應(yīng)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(gòu)得乙烯11.2t，考慮到原料的充分利用，反應(yīng)②、③所需的CO和H₂可由以下兩個(gè)反應(yīng)獲得：
C+H₂O

高溫  .

 CO+H₂     CH₄+H₂O 

高溫  .

CO+3H₂
假設(shè)在生產(chǎn)過(guò)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？

需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t

．

Answer 1

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(yīng)速率、壓強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響來(lái)分析；
（3）由給出的反應(yīng)得出關(guān)系式C₂H₄ ～CO～H₂ ～HOCH₂CH₂CHO及反應(yīng)②、③所需的CO和H₂可由以下兩個(gè)反應(yīng)來(lái)計(jì)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(yīng)生成1mol H₂的反應(yīng)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(guān)系可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度低，甲醇的產(chǎn)率高，但反應(yīng)速率慢，經(jīng)濟(jì)效益低；又因?yàn)樵摲磻?yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，采用稍高的壓強(qiáng)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(guān)系可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度低，甲醇的產(chǎn)率高，但反應(yīng)速率慢，經(jīng)濟(jì)效益低；又因?yàn)樵摲磻?yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，采用稍高的壓強(qiáng)有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率；
（3）反應(yīng)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(yīng)③中  HOCH₂CH₂CHO～H₂
               74       2
                29.6t   m（H₂）×80%
則m（H₂）=1.0t，
反應(yīng)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(diǎn)評(píng)：本題為綜合題，考查知識(shí)點(diǎn)涉及蓋斯定律計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算、影響化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的因素，注重高考熱點(diǎn)及知識(shí)的遷移應(yīng)用，題目難度較大，尤其對(duì)于多個(gè)反應(yīng)的計(jì)算，為學(xué)生解答的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)．