Question

20．合成氣（CO和H₂為主的混合氣體）不但是重要的燃料也是重要的化工原料，制備合成氣的方法有多種，
①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H1=-36 kJ•mol^-1 
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₂=+216 kJ•mol^-1 
（1）氫氣與氧氣反應生成水蒸氣的熱化學方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1．
（2）現有1 mol由H₂O（g）與O₂組成的混合氣體，且O₂的體積分數為x，將此混合氣與足量CH₄充分反應． 
①若x=0.2，反應①放出的能量為-14.4kJ． 
②若x=0.5，反應①與②吸收的總能量為+66.9kJ． 
③若x=0.65時，反應①與②放出（或吸收）的總能量為0．

Answer 1

分析 （1）據熱化學方程式和蓋斯定律計算寫出熱化學方程式；
（2）據圖象寫出水與甲烷反應的熱化學方程式和氧氣與甲烷反應的熱化學方程式，再據熱化學方程式計算．

解答 解：（1）①CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H1=-36 kJ•mol^-1
②CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₂=+216 kJ•mol^-1
依據蓋斯定律①-②得到氫氣與氧氣反應生成水蒸氣的熱化學方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1，
故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1；
（2）據圖象分析，CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+216KJ/mol，CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H=-36KJ/mol，
①若x=0.2，有0.8molH₂O（g）和0.2molO₂（g），0.2mol氧氣反應放熱0.2mol×36KJ/mol×2=14.4KJ，故答案為：-14.4；
②若x=0.5，當H₂O（g）與O₂（g）的物質的量之比為1，有0.5molH₂O（g）和0.5molO₂（g），0.5mol水蒸氣反應吸熱0.5mol×205.8KJ/mol=102.9KJ，0．mol氧氣反應放熱0.5mol×36KJ/mol×2=36KJ，總吸收能量為102.9KJ-36KJ=66.9KJ，故答案為：+66.9；
③反應①與②放出（或吸收）的總能量為0時，設水蒸氣物質的量為amol，則氧氣物質的量為（1-a）mol，有216KJ/mol×amol=36KJ/mol×2×（1-a）mol，解得：a=0.26mol，所以x=$\frac{1-0.35}{1}$=0.65，故答案為：0.65．

點評 本題考查了據能量變化圖書寫熱化學方程式和據熱化學方程式的計算，題目難度中等．