Question

2．“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）工业上将炭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）△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1：3，它们燃烧生成的CO₂的物质的量之比约为2：3．以甲烷代替水煤气作民用燃气，其优点之一是燃烧值高．
（2）某化工生产中用甲烷和水蒸气反应得到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）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₁=-36kJ/mol
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₂=+216kJ/mol
由反应①②推出总反应热为零的总反应方程式为7CH₄（g）+3O₂（g）+H₂O（g）═7CO（g）+15H₂（g）△H₃=0；求进料气中空气（O₂的体积分数为21%）与水蒸气的体积比为14.3：1．

Answer 1

分析 （1）水煤气中主要成分是CO和H₂，二者的体积比为l：l，l mol CH₄气体完全燃烧生成CO₂气体和气态水放出890kJ热量，结合热化学方程式计算热量之比；
（2）根据所给的反应，结合要求的热化学方程式，利用盖斯定律来求算．

解答 解析：（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）；根据CO～CO₂的关系式，3 mol水煤气燃烧生成（0.5×3）mol CO₂，根据CH₄～CO₂的关系式，1 mol CH₄燃烧生成1 mol CO₂，从而得到2：3（或569：890），故答案为：1：3；2：3；燃烧值高；
（2）根据盖斯定律：n₁△H₁+n₂△H₂=△H₃=0，所以有：
$\frac{n1}{n2}$=-$\frac{△H2}{△H1}$=-$\frac{216kJ/mol}{-36kJ/mol}$=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）△H₃=0
从方程式可知：进料气中V（O₂）：V[H₂O（g）]=3：1，则
$\frac{V（空气）}{V（水蒸气）}$=$\frac{V（O2）/0.21}{V[H2O（g）]}$=$\frac{3/0.21}{1}$=14.3：1．
故答案为：7CH₄（g）+3O₂（g）+H₂O（g）═7CO（g）+15H₂（g）△H₃=0；14.3：1．

点评 本题考查了化学反应的反应热的计算分析，主要是热化学方程式的计算应用，掌握基础是关键，题目较简单．