Question

15．某城市煤气中可燃气体组成为H₂ 48%、CO 15%、CH₄ 13%（均为体积百分比，其余为不燃性气体）．已知：1mol H₂完全燃烧生成液态水放出热量285.8kJ，1mol CO完全燃烧生成CO₂气体放出热量282.8kJ，1mol CH₄完全燃烧生成CO₂气体和液态水放出热量890.4kJ．
（1）写出H₂和CH₄燃烧的热化学方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/molCH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.4 kJ/mol
（2）标准状况下的1升这种煤气完全燃烧能放出多少热量？
（3）标准状况下的1升这种煤气完全燃烧需要消耗多少升标准状况下的空气？（假定空气中O₂的体积百分含量为21%）
（4）已知1克水温度每上升1℃需要热量4.2J．欲将1kg 20℃的水加热至沸腾，假定加热过程中的热量利用率为60%，则需消耗标准状况下的这种煤气多少升？

Answer 1

分析 （1）注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）计算氢气、CO、甲烷的物质的量，结合燃烧热计算放出的热量；
（3）根据方程式计算氢气、CO、甲烷消耗氧气体积，再计算需要氧气总体积，结合空气中氧气含量计算需要空气体积；
（4）计算1kg 20℃的水加热至沸腾需要的热量，结合（2）中1L煤气燃烧放出的热量计算．

解答 解：（1）1mol H₂完全燃烧生成液态水放出热量285.8kJ，氢气燃烧的热化学方程式为：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol，
1mol CH₄完全燃烧生成CO₂气体和液态水放出热量890.4kJ，甲烷燃烧的热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.4 kJ/mol，
故答案为：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol；
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.4 kJ/mol；
（2）标准状况下的1升这种煤气中，氢气为0.48L、CO为0.15L、甲烷为0.13L，则完全燃烧放出热量为：
$\frac{0.48}{22.4}$×285.8kJ+$\frac{0.15}{22.4}$×282.8kJ+$\frac{0.13}{22.4}$×890.4kJ=13.19kJ，
答：标准状况下的1升这种煤气完全燃烧能放出13.19kJ热量．
（3）由：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O，2CO+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO₂，CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，可知需要氧气体积为：
0.48L×$\frac{1}{2}$+0.15L×$\frac{1}{2}$+0.13L×2=0.575L，故需要空气体积为0.575L÷21%=2.74L，
答：需要空气体积为2.74L．
（4）1克水温度每上升1℃需要热量4.2J，则1kg 20℃的水加热至沸腾需要热量为4.2J×1000×80=336000J=336kJ，设需要消耗标准状况下的这种煤气xL，则：
x×13.19kJ×60%=336kJ
解得x=42.5，
答：需消耗标准状况下的这种煤气42.5升．

点评 本题考查燃烧热的有关计算、热化学方程式书写，侧重考查学生计算能力，题目计算量比较大，属于易错题目，注意对基础知识的理解掌握．