Question

（12分）利用焦炭或天然气制取廉价的CO和H₂，再用于氨合成和有机合成是目前工业生产的重要途径。回答下列问题：
（1）甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：CH₄＋H₂O＝CO＋3H₂。部分物质的燃烧热数据如下表：

物 质	燃烧热（kJ·mol－1）
H2(g)	－285.8
CO(g)	－283.0
CH4(g)	－890.3

已知1 mol H₂O(g)转变为1 mol H₂O(l)时放出44.0 kJ热量。写出CH₄和水蒸气在高温下反应的热化学方程式                                                   。
（2）500℃、50MPa时，在容积为V L的容器中加入1 mol N₂、3 mol H₂，，此时N₂的转化率为a。则平衡时NH₃的浓度为                       。
（3）1,3―丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1,3―丙二醇的路线如下：

某化工厂已购得乙烯11.2 t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H₂可由以下两个反应获得：
C+H₂OCO+H₂     CH₄+H₂OCO+3H₂
假设在生产过程中，反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%。且反应②中CO和H₂、反应③中H₂的转化率都为80%，计算至少需要焦炭           吨、甲烷          吨，
才能满足生产需要。

Answer 1

（1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)； △H ＝＋206.1 kJ·mol^－1（3分）
（2）2a/V  mol/L（3分）
（3）3.0   4.0

（1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)； △H ＝＋206.1 kJ·mol^－1（3分）
 （2）2a/V  mol/L（3分）
（3）反应②中   C₂H₄    ~    CO    ~    H₂     ~    HOCH₂CH₂CHO
28          28         2               74
11.2t     m(CO)×80%  m(H₂)×80%  m(HOCH₂CH₂CHO)
则m(CO)=14 t   m(H₂)="1.0" t   m(HOCH₂CH₂CHO) ="29.6" t
反应③中  HOCH₂CH₂CHO    ～     H₂
74                     2
29.6t                  m(H₂)×80%
则m(H₂)="1.0" t
反应②、③中共需CO14t、H₂2.0 t。
C + H₂OCO + H₂        CH₄ + H₂OCO + 3H₂
12           28   2        16            28    6
m(C)                     m(CH₄)
得方程组＝14t  和  ＝2.0 t[来源]
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）