Question

（12分）利用焦炭或天然氣制取廉價的CO和H₂，再用于氨合成和有機合成是目前工業生產的重要途徑。回答下列問題：

（1）甲烷在高溫下與水蒸氣反應的化學方程式為：CH₄＋H₂O＝CO＋3H₂。部分物質的燃燒熱數據如下表：

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

已知1 mol H₂O(g)轉變為1 mol H₂O(l)時放出44.0 kJ熱量。寫出CH₄和水蒸氣在高溫下反應的熱化學方程式                                                   。

（2）500℃、50MPa時，在容積為V L的容器中加入1 molN₂、3 mol H₂，，此時N₂的轉化率為a。則平衡時NH₃的濃度為                       。

（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：

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

C+H₂OCO+H₂     CH₄+H₂OCO+3H₂

假設在生產過程中，反應①、②、③中各有機物的轉化率均為100%。且反應②中CO和H₂、反應③中H₂的轉化率都為80%，計算至少需要焦炭           噸、甲烷          噸，

才能滿足生產需要。

 

Answer 1

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

（2）2a/V mol/L（3分）

（3）3.0    4.0

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

 （2）2a/V mol/L（3分）

（3）反應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)=1.0t    m(HOCH₂CH₂CHO) =29.6 t

反應③中 HOCH₂CH₂CHO     ～    H₂

                74                    2

               29.6t                 m(H₂)×80%

則m(H₂)=1.0 t

反應②、③中共需CO14t、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   ＝2.0t[來源:Zxxk.Com]

解得m(C)＝3.0t      m(CH₄)＝4.0t

所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t     （6分）