Question

利用焦炭或天然气制取廉价的CO和H₂，再用于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
H2（g）	-285.8
CO（g）	-283.0
CH4（g）	-890.3

已知1mol H₂O （g）转变为1mol H₂O（l）时放出44.0kJ热量．则CH₄和水蒸气在高温下反应生成1mol H₂的反应热为______．
（2）用CO和H₂在一定条件下合成甲醇：CO+2H₂?CH₃OH．工业上采用稍高的压强（5MPa）和250℃，其可能原因是______．

反应温度/℃	平衡常数	反应温度/℃	平衡常数
	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-丙二醇的路线如下：
CH₂=CH₂HOCH₂CH₂CHO HOCH₂CH₂CH₂OH
某化工厂已购得乙烯11.2t，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+H₂O CO+H₂     CH₄+H₂O CO+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、甲烷各多少吨，才能满足生产需要？______．

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，
由盖斯定律可知，③+④-①×3-②得CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）；
（2）由数据可知，温度越大，平衡常数越小及反应速率、压强对转化率的影响来分析；
（3）由给出的反应得出关系式C₂H₄ ～CO～H₂ ～HOCH₂CH₂CHO及反应②、③所需的CO和H₂可由以下两个反应来计算．
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，
由盖斯定律可知，③+④-①×3-②得CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ/mol，
则CH₄和水蒸气在高温下反应生成1mol H₂的反应热为=+68.7kJ/mol，故答案为：+68.7kJ/mol；
（2）由数据可知，温度越大，平衡常数越小，从平衡常数与温度的变化关系可知该反应为放热反应，温度低，甲醇的产率高，但反应速率慢，经济效益低；又因为该反应是气体体积缩小的反应，采用稍高的压强有利于提高原料气的转化率，
故答案为：从平衡常数与温度的变化关系可知该反应为放热反应，温度低，甲醇的产率高，但反应速率慢，经济效益低；又因为该反应是气体体积缩小的反应，采用稍高的压强有利于提高原料气的转化率；
（3）反应②中   C₂H₄ ～CO～～～～～～～H₂ ～～～HOCH₂CH₂CHO
                 28    28               2               74
                 2t   m（CO）×80%     m（H₂）×80%       m（HOCH₂CH₂CHO）
则m（CO）=14 t、m（H₂）=1.0 t、m（HOCH₂CH₂CHO）=29.6t，
反应③中  HOCH₂CH₂CHO～H₂
               74       2
                29.6t   m（H₂）×80%
则m（H₂）=1.0t，
反应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，
故答案为：需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t．
点评：本题为综合题，考查知识点涉及盖斯定律计算、化学反应的计算、影响化学平衡和反应速率的因素，注重高考热点及知识的迁移应用，题目难度较大，尤其对于多个反应的计算，为学生解答的难点和易错点．