Question

“西氣東輸”是西部大開發的重點工程，這里的“氣”指天然氣，其主要成分為甲烷。

(1)工業上將碳與水在高溫下反應制得水煤氣，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)  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____________，它們燃燒生成的CO₂的量之比約為____________。

以甲烷代替水煤氣作民用燃氣，其優點之一是________________________________________。

(2)某化工生產中用烷烴和水蒸氣反應得到的CO和H₂為主的混合氣，這種混合氣可用于生產甲醇或合成氨，對甲烷而言，有如下兩個主要反應：

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

由反應①②推出總反應熱為零的總反應方程式為____________________________；求進料氣中空氣(O₂的體積分數為21%)與水蒸氣的體積比____________。

Answer 1

(1)1∶3(或569∶1 780)  2∶3(或569∶890)

以甲烷代替水煤氣作民用燃氣的優點是：燃燒值高(或用氣量少；經濟實惠；節省投資；減少碳氧化合物排放量；減少燃煤用量；有利于保護環境；提高使用安全性；使煤更多地得以綜合利用)。

(2)根據蓋斯定律：n₁ΔH₁+n₂ΔH₂=ΔH₃=0，所以有：

=6

總反應熱為零的反應方程式為6×①+②，即

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

從方程式可知：進料氣中V(O₂)∶V〔H₂O(g)〕=3∶1，則

=14.3∶1。

解析：這是一道非常典型的熱化學方程式計算題。具體答案提示如下：

(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)；(2)根據CO—CO₂的關系式，生成(0.5×3)mol CO₂，根據CH₄～CO₂的關系式，生成1 mol CO₂，從而得到2∶3(或569∶890)。