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）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

【解析】（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      m(CH4)＝4.0 t

所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t      （6分）