题目内容
利用焦炭或天然气制取廉价的CO和H2，再用于氨合成和有机合成是目前工业生产的重要途径．回答下列问题：
（1）甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：CH4+H2O=CO+3H2．部分物质的燃烧热数据如表：
已知1mol H2O（g）转变为1mol H2O（l）时放出44.0kJ热量．写出CH4和水蒸气在高温下反应的热化学方程式
（2）500℃、50MPa时，在容积为V L的容器中加入1mol N2、3mol H2，，此时N2的转化率为a．则平衡时NH3的浓度为
mol/L
mol/L．
（3）1，3-丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1，3-丙二醇的路线如下：
某化工厂已购得乙烯11.2t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H2可由以下两个反应获得：
C+H2O
CO+H2 CH4+H2O
CO+3H2
假设在生产过程中，反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%．且反应②中CO和H2、反应③中H2的转化率都为80%，计算至少需要焦炭
（1）甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：CH4+H2O=CO+3H2．部分物质的燃烧热数据如表：
| 物 质 | 燃烧热（kJ?mol-1） |
| H2（g） | -285.8 |
| CO（g） | -283.0 |
| CH4（g） | -890.3 |
CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1kJ?mol-1
CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1kJ?mol-1
．（2）500℃、50MPa时，在容积为V L的容器中加入1mol N2、3mol H2，，此时N2的转化率为a．则平衡时NH3的浓度为
| 2a |
| V |
| 2a |
| V |
（3）1，3-丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1，3-丙二醇的路线如下：
某化工厂已购得乙烯11.2t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H2可由以下两个反应获得：
C+H2O
| ||
| ||
假设在生产过程中，反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%．且反应②中CO和H2、反应③中H2的转化率都为80%，计算至少需要焦炭
3.0
3.0
吨、甲烷4.0
4.0
吨，才能满足生产需要．分析：（1）写出各反应的热化学方程式，根据各反应的热化学方程式，利用盖斯定律解答；
（2）根据转化率计算出参加反应的氮气的物质的量，结合方程式利用物质的量之比等于化学计量数之比求出氨气的物质的量，再根据浓度定义计算；
（3）根据关系式求出反应②、③中共需CO与H2的质量，令需焦炭xt，甲烷yt，根据方程式用x、y分别表示焦炭、甲烷生成的CO与H2的质量，再根据反应②、③中共需CO与H2的质量，列方程解答．
（2）根据转化率计算出参加反应的氮气的物质的量，结合方程式利用物质的量之比等于化学计量数之比求出氨气的物质的量，再根据浓度定义计算；
（3）根据关系式求出反应②、③中共需CO与H2的质量，令需焦炭xt，甲烷yt，根据方程式用x、y分别表示焦炭、甲烷生成的CO与H2的质量，再根据反应②、③中共需CO与H2的质量，列方程解答．
解答：解：（1）由表中数据可知：①H2（g）+
O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJ?mol-1，
②CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0 kJ?mol-1，
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ?mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ?mol-1，
利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1；
（2）参加反应的氮气的物质的量为1mol×a=amol，根据反应N2 （g）+3H2 （g）
2NH3（g）可知
生成的氨气的物质的量为参加反应的氮气的物质的量的2倍，所以生成的氨气的物质的量为2amol，
平衡时NH3的浓度为c（NH3）=
=
mol/L，
故答案为：
mol/L；
（3）反应②中
C2H4 ～～～～CO～～～～～～～～H2 ～～～～～～HOCH2CH2CHO
28 28 2 74
11.2t m（CO）×80% m（H2）×80% m（HOCH2CH2CHO）
则m（CO）=14t，m（H2）=1.0 t，m（HOCH2CH2CHO）=29.6 t，
反应③中 HOCH2CH2CHO～H2
74 2
29.6t m（H2）×80%
则m（H2）=1.0 t，
反应②、③中共需CO14 t、H22.0 t．
令需焦炭xt，甲烷yt，则
C+H2O
CO+H2 CH4+H2O
CO+3H2
12 28 2 16 28 6
x
x
x y
y
y
所以有：
x+
y=14和
x+
y=2，
解得，x=3，y=4，
故答案为：3.0；4.0．
| 1 |
| 2 |
②CO（g）+
| 1 |
| 2 |
③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3 kJ?mol-1，
④H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ?mol-1，
利用盖斯定律，将③+④-①×3-②可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1，
故答案为：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.1 kJ?mol-1；
（2）参加反应的氮气的物质的量为1mol×a=amol，根据反应N2 （g）+3H2 （g）
2NH3（g）可知生成的氨气的物质的量为参加反应的氮气的物质的量的2倍，所以生成的氨气的物质的量为2amol，
平衡时NH3的浓度为c（NH3）=
| 2amol |
| VL |
| 2a |
| V |
故答案为：
| 2a |
| V |
（3）反应②中
C2H4 ～～～～CO～～～～～～～～H2 ～～～～～～HOCH2CH2CHO
28 28 2 74
11.2t m（CO）×80% m（H2）×80% m（HOCH2CH2CHO）
则m（CO）=14t，m（H2）=1.0 t，m（HOCH2CH2CHO）=29.6 t，
反应③中 HOCH2CH2CHO～H2
74 2
29.6t m（H2）×80%
则m（H2）=1.0 t，
反应②、③中共需CO14 t、H22.0 t．
令需焦炭xt，甲烷yt，则
C+H2O
| ||
| ||
12 28 2 16 28 6
x
| 7 |
| 3 |
| 1 |
| 6 |
| 7 |
| 4 |
| 3 |
| 8 |
所以有：
| 7 |
| 3 |
| 7 |
| 4 |
| 1 |
| 6 |
| 3 |
| 8 |
解得，x=3，y=4，
故答案为：3.0；4.0．
点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡，热化学方程式书写，有机合成计算，题目难度较大，本题注意利用关系式计算，注意利用盖斯定律计算反应热的方法．
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（1）甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：CH4＋H2O＝CO＋3H2。部分物质的燃烧热数据如下表：
| 物 质 | 燃烧热（kJ·mol－1） |
| H2(g) | －285.8 |
| CO(g) | －283.0 |
| CH4(g) | －890.3 |
已知1 mol H2O(g)转变为1 mol H2O(l)时放出44.0 kJ热量。写出CH4和水蒸气在高温下反应的热化学方程式 。
（2）500℃、50MPa时，在容积为V L的容器中加入1 molN2、3 mol H2，，此时N2的转化率为a。则平衡时NH3的浓度为 。
（3）1,3―丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1,3―丙二醇的路线如下：
某化工厂已购得乙烯11.2 t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H2可由以下两个反应获得：
C+H2OCO+H2 CH4+H2O
CO+3H2
假设在生产过程中，反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%。且反应②中CO和H2、反应③中H2的转化率都为80%，计算至少需要焦炭 吨、甲烷 吨，
才能满足生产需要。
O＋3H2。部分物质的燃烧热数据如下表：
4.0 kJ热量。写出CH4和水蒸气在高温下反应的热化学方程式 
。
CO+H2 CH4+H2O