Question

“西气东输”是西部大开发的重点工程，这里的“气”指天然气，其主要成分为甲烷。

(1)工业上将碳与水在高温下反应制得水煤气，水煤气的主要成分是CO和H₂，它们的体积比约为1∶1。已知：

2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)  ΔH=-566 kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g) 2H₂O(l)  ΔH=-572 kJ·mol^-1

CH₄(g)+2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(l)  ΔH=-890 kJ·mol^-1

若不考虑水煤气中其他成分，相同状况下要获得相等的热量，所需甲烷与水煤气的体积比约为____________，它们燃烧生成的CO₂的量之比约为____________。

以甲烷代替水煤气作民用燃气，其优点之一是________________________________________。

(2)某化工生产中用烷烃和水蒸气反应得到的CO和H₂为主的混合气，这种混合气可用于生产甲醇或合成氨，对甲烷而言，有如下两个主要反应：

①CH₄(g)+1/2O₂(g)CO(g)+2H₂(g)  ΔH₁=-36 kJ·mol^-1

②CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)  ΔH₂=+216 kJ·mol^-1

由反应①②推出总反应热为零的总反应方程式为____________________________；求进料气中空气(O₂的体积分数为21%)与水蒸气的体积比____________。

Answer 1

(1)1∶3(或569∶1 780)  2∶3(或569∶890)

以甲烷代替水煤气作民用燃气的优点是：燃烧值高(或用气量少；经济实惠；节省投资；减少碳氧化合物排放量；减少燃煤用量；有利于保护环境；提高使用安全性；使煤更多地得以综合利用)。

(2)根据盖斯定律：n₁ΔH₁+n₂ΔH₂=ΔH₃=0，所以有：

=6

总反应热为零的反应方程式为6×①+②，即

7CH₄(g)+3O₂(g)+H₂O(g)7CO(g)+15H₂(g)  ΔH₃=0

从方程式可知：进料气中V(O₂)∶V〔H₂O(g)〕=3∶1，则

=14.3∶1。

解析：这是一道非常典型的热化学方程式计算题。具体答案提示如下：

(1)1 mol水煤气即CO和H₂各0.5 mol，则知0.5 mol CO放热141.5 kJ，0.5 mol H₂放热143 kJ，共放热284.5 kJ，而1 mol CH₄放热890 kJ，即得1∶3(或569∶1 780)；(2)根据CO—CO₂的关系式，生成(0.5×3)mol CO₂，根据CH₄～CO₂的关系式，生成1 mol CO₂，从而得到2∶3(或569∶890)。