Question

4．甲烷、一氧化碳和氫氣、甲醇等既是重要的燃料也是重要的化工原料．已知：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₂=-36kJ•mol^-1
③CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₃=+216kJ•mol^-1
（1）氫氣的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1，寫出甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6kJ•mol^-1．
（2）現有1mol由H₂O（g）與O₂組成的混合氣體，且O₂的體積分數為x，將此混合氣體與足量CH₄充分反應．當x=0.75時，反應②與③放出（或吸收）的總能量為0．若②反應過程中能量轉化過程如圖所示，下列有關說法中正確的是C．
A．E₁=36kJ     B．E₂=36kJ      C．E₁-E₂=36kJ      D．E₃-E₁=36kJ
（3）工業上可通過CO和H₂化合制得CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁（CO結構式為C≡O）．又知某些化學鍵的鍵能（斷開1mol化學鍵時所需要的最低能量）值如表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
鍵能（kJ•mol-1）	348	413	436	358	1072	463

則△H₁=-116kJ•mol^-1，在相應的反應條件下，將1mol CO（g）與足量H₂（g）充分混合反應只生成CH₃OH（g）后，反應焓變＞△H₁．（用“＞”、“＜”或“=”填空）

Answer 1

分析 （1）氫氣的燃燒熱是值1mol氫氣完全燃燒生成液態水放出的熱量，單位是kJ•mol^-1；依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
（2）根據反應熱與反應物的物質的量成正比來解答；根據反應熱應等于生成物與反應物的能量之差；
（3）依據化學反應的焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能；該反應存在限度，不可能完全轉化．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1，即1mol氫氣完全燃燒生成液態水放出的熱量285.8 kJ，故氫氣的燃燒熱為△H=-285.8 kJ•mol^-1；
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₂=-36kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①+②得到甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
故答案為：-285.8 kJ•mol^-1；CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
（2）由反應②和③△H的數值可知，當O₂與H₂O的物質的量之比為3：1時，反應②與③的總能量變化為0，O₂的體積分數為x=0.75；由方程式②知36 kJ是該反應的能量變化，數值上與該反應的反應熱相等，而反應熱應等于生成物與反應物的能量之差，故36 kJ是E₁、E₂數值的差；
答案為：0.75；C；
（3）CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）中的焓變△H₁=反應物總鍵能-生成物總鍵能，依據圖表提供的化學鍵的鍵能計算得到△H₁═1072kJ•mol^-1+2×436kJ•mol^-1-（3×413kJ•mol^-1+358kJ•mol^-1+463kJ•mol^-1）=-116 kJ•mol^-1；由于是可逆反應，平衡時1mol CO（g）反應后生成的CH₃OH小于1mol，所以放出的熱量小于116 kJ，故答案為：-116 kJ•mol^-1；＜．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的意義，化學方程式的有關計算，有關反應熱的計算，難度不大，注意知識的運用．