Question

（10分）利用焦炭或天然氣制取廉價(jià)的CO和H₂，再用于氨合成和有機(jī)合成是目前工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑。回答下列問(wèn)題：

（1）甲烷在高溫下與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH₄＋H₂O＝CO＋3H₂。部分物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表：

物  質(zhì)	燃燒熱（kJ·mol－1）
H2(g)	－285.8
CO(g)	－283.0
CH4(g)	－890.3

已知1 mol H₂O(g)轉(zhuǎn)變?yōu)? mol H₂O(l)時(shí)放出44.0 kJ熱量。寫出CH₄和水蒸氣在高溫下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式         。

（2）500℃、50MPa時(shí)，在容積為V L的容器中加入1 mol N₂、3 mol H₂，反應(yīng)達(dá)平衡后測(cè)得平衡常數(shù)為K，此時(shí)N₂的轉(zhuǎn)化率為a。則K和a的關(guān)系是K＝         。

（3）1,3―丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1,3―丙二醇的路線如下：

CH₂=CH₂ HOCH₂CH₂CHOHOCH₂CH₂CH₂OH

某化工廠已購(gòu)得乙烯11.2 t，考慮到原料的充分利用，反應(yīng)②、③所需的CO和H₂可由以下兩個(gè)反應(yīng)獲得：

C+H₂OCO+H₂     CH₄+H₂OCO+3H₂

假設(shè)在生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)①、②、③中各有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率均為100%。且反應(yīng)②中CO和H₂、反應(yīng)③中H₂的轉(zhuǎn)化率都為80%，計(jì)算至少需要焦炭、甲烷各多少噸，才能滿足生產(chǎn)需要？要有計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

10分（1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)；  △H ＝＋206.1 kJ·mol^－1（2分）

 （2）（2分）

（3）反應(yīng)②中   C₂H₄    ~    CO    ~    H₂     ~    HOCH₂CH₂CHO

                 28           28         2               74

                 11.2t      m(CO)×80%   m(H₂)×80%   m(HOCH₂CH₂CHO)

則m(CO)=14 t    m(H₂)=1.0 t    m(HOCH₂CH₂CHO) =29.6 t

反應(yīng)③中  HOCH₂CH₂CHO     ～     H₂

                 74                     2

                29.6t                  m(H₂)×80%

則m(H₂)=1.0 t

反應(yīng)②、③中共需CO14 t、H₂2.0 t。

C + H₂OCO + H₂        CH₄ + H₂OCO + 3H₂

12           28   2         16            28    6

m(C)                      m(CH₄)

得方程組＝14 t   和   ＝2.0 t

解得m(C)＝3.0 t      m(CH₄)＝4.0 t

所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t      （6分）