Question

20．合成气（CO和H₂为主的混合气体）不但是重要的燃料也是重要的化工原料，制备合成气的方法有多种，
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）氢气与氧气反应生成水蒸气的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1．
（2）现有1 mol由H₂O（g）与O₂组成的混合气体，且O₂的体积分数为x，将此混合气与足量CH₄充分反应． 
①若x=0.2，反应①放出的能量为-14.4kJ． 
②若x=0.5，反应①与②吸收的总能量为+66.9kJ． 
③若x=0.65时，反应①与②放出（或吸收）的总能量为0．

Answer 1

分析 （1）据热化学方程式和盖斯定律计算写出热化学方程式；
（2）据图象写出水与甲烷反应的热化学方程式和氧气与甲烷反应的热化学方程式，再据热化学方程式计算．

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
依据盖斯定律①-②得到氢气与氧气反应生成水蒸气的热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1，
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-252kJ•mol^-1；
（2）据图象分析，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氧气反应放热0.2mol×36KJ/mol×2=14.4KJ，故答案为：-14.4；
②若x=0.5，当H₂O（g）与O₂（g）的物质的量之比为1，有0.5molH₂O（g）和0.5molO₂（g），0.5mol水蒸气反应吸热0.5mol×205.8KJ/mol=102.9KJ，0．mol氧气反应放热0.5mol×36KJ/mol×2=36KJ，总吸收能量为102.9KJ-36KJ=66.9KJ，故答案为：+66.9；
③反应①与②放出（或吸收）的总能量为0时，设水蒸气物质的量为amol，则氧气物质的量为（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，故答案为：0.65．

点评 本题考查了据能量变化图书写热化学方程式和据热化学方程式的计算，题目难度中等．