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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
667.302001.909×10-2
10012.923002.42×10-4
(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+H2CO+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?______.
【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.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(2010?南通模拟)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(kJ?mol-1
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
+68.7kJ/mol
+68.7kJ/mol

(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
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
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

反应温度/℃ 平衡常数 反应温度/℃ 平衡常数
0 667.30 200 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
 高温 
.
 
 CO+H2     CH4+H2
 高温 
.
 
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?
需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t
需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t

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科目:高中化学 来源: 题型:

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1mol H2O(l)时放出44.0kJ热量.写出CH4和水蒸气在高温下反应的热化学方程式
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ?mol-1

(2)500℃、50MPa时,在容积为V L的容器中加入1mol N2、3mol H2,,此时N2的转化率为a.则平衡时NH3的浓度为
2a
V
mol/L
2a
V
mol/L

(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11.2t,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
 高温 
.
 
CO+H2     CH4+H2O
 高温 
.
 
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
3.0
3.0
吨、甲烷
4.0
4.0
吨,才能满足生产需要.

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科目:高中化学 来源: 题型:

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.
(1)已知:CH4(g)+2O2 (g)=CO2 (g)+2H2O (l)△H=-890.3kJ?mol-1     ①
H2(g)+1/2O2 (g)=H2O (l)△H=-285.8kJ?mol-1 ②
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJ?mol-1 ③
H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ?mol-1 ④
反应CH4(g)+H2O(g)
 高温 
.
 
  CO(g)+3H2(g),△H=
+206.1
+206.1
kJ?mol-1.标准状况下33.6L甲烷高温下与水蒸气完全反应生成CO和H2,反应过程中转移
9
9
mole-,放出
309.15
309.15
kJ热量.
(2)一定条件下,在体积为5L的密闭容器中,一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO):CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).不同温度时甲烷的物质的量随时间变化曲线如图所示.根据题意完成下列各题:
①反应达到平衡时,平衡常数表达式K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
,降低温度,K值
增大
增大
(填“增大”、“减小”或“不变”).
②在300℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=
2nA/5tAmol?(L?min)-1
2nA/5tAmol?(L?min)-1
.(用相关符号和数据表示)
③判断该可逆反应达到平衡状态的标志是
bd
bd
.(填字母)
a.CH3OH的生成速率与CO的消耗速率相等   b.容器中气体的压强不变
c.容器中混合气体的密度保持不变           d.CO百分含量保持不变
e.CO和CH3OH浓度相等
④欲提高H2的转化率,下列措施可行的是
c
c
.(填字母)
a.向容器中再充入Ar    b.改变反应的催化剂
c.向容器中再充入CO                      d.升高温度.

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科目:高中化学 来源: 题型:

(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·mol1

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 molN2、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。

 

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科目:高中化学 来源:2010年四川省成都石室中学高三高考模拟考试(理科综合)化学部分 题型:填空题

(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·mol1
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。

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