Question

 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1mol 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VL的容器中加入1 mol N₂、3 molNH₃，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时CH₄的转化率为a。则K和a的关系是K＝               。

（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、甲烷各多少吨，才能满足生产需要？             

 

Answer 1

 （1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)；  △H ＝＋206.1kJ·mol^－1（3分）

           （2）（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)=1.0t    m(HOCH₂CH₂CHO) =29.6 t

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。

C + H₂OCO+ H₂        CH₄ + H₂OCO + 3H₂

12          28   2        16           28    6

m(C)                     m(CH₄)

得方程组＝14 t   和   ＝2.0 t

解得m(C)＝3.0 t (2分)    m(CH₄)＝4.0 t  (2分)

所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t     

答略  (其它合理答案参照给分)