Question

2．“西氣東輸”是西部大開發(fā)的重點(diǎn)工程，這里的“氣”指天然氣，其主要成分為甲烷．
（1）工業(yè)上將炭與水在高溫下反應(yīng)制得水煤氣，水煤氣的主要成分是CO和H₂，它們的體積比約為1：1．已知：
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-572kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol
若不考慮水煤氣中其他成分，相同狀況下要獲得相等的熱量，所需甲烷與水煤氣的體積比約為1：3，它們?nèi)紵�生成的CO₂的物質(zhì)的量之比約為2：3．以甲烷代替水煤氣作民用燃?xì)�，其�?yōu)點(diǎn)之一是燃燒值高．
（2）某化工生產(chǎn)中用甲烷和水蒸氣反應(yīng)得到CO和H₂為主的混合氣，這種混合氣可用于生產(chǎn)甲醇或合成氨，對甲烷而言，有如下兩個主要反應(yīng)：
①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-36kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₂=+216kJ/mol
由反應(yīng)①②推出總反應(yīng)熱為零的總反應(yīng)方程式為7CH₄（g）+3O₂（g）+H₂O（g）═7CO（g）+15H₂（g）△H₃=0；求進(jìn)料氣中空氣（O₂的體積分?jǐn)?shù)為21%）與水蒸氣的體積比為14.3：1．

Answer 1

分析 （1）水煤氣中主要成分是CO和H₂，二者的體積比為l：l，l mol CH₄氣體完全燃燒生成CO₂氣體和氣態(tài)水放出890kJ熱量，結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算熱量之比；
（2）根據(jù)所給的反應(yīng)，結(jié)合要求的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律來求算．

解答 解析：（1）1 mol水煤氣即CO和H₂各0.5 mol，則知0.5 mol CO放熱141.5 kJ，0.5 mol H₂放熱143 kJ，共放熱284.5 kJ，而1 mol CH₄放熱890 kJ，即得1：3（或569：1 780）；根據(jù)CO～CO₂的關(guān)系式，3 mol水煤氣燃燒生成（0.5×3）mol CO₂，根據(jù)CH₄～CO₂的關(guān)系式，1 mol CH₄燃燒生成1 mol CO₂，從而得到2：3（或569：890），故答案為：1：3；2：3；燃燒值高；
（2）根據(jù)蓋斯定律：n₁△H₁+n₂△H₂=△H₃=0，所以有：
$\frac{n1}{n2}$=-$\frac{△H2}{△H1}$=-$\frac{216kJ/mol}{-36kJ/mol}$=6
總反應(yīng)熱為零的反應(yīng)方程式為6×①+②，即
7CH₄（g）+3O₂（g）+H₂O（g）═7CO（g）+15H₂（g）△H₃=0
從方程式可知：進(jìn)料氣中V（O₂）：V[H₂O（g）]=3：1，則
$\frac{V（空氣）}{V（水蒸氣）}$=$\frac{V（O2）/0.21}{V[H2O（g）]}$=$\frac{3/0.21}{1}$=14.3：1．
故答案為：7CH₄（g）+3O₂（g）+H₂O（g）═7CO（g）+15H₂（g）△H₃=0；14.3：1．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的計(jì)算分析，主要是熱化學(xué)方程式的計(jì)算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目較簡單．