Question

4．甲烷、一氧化碳和氢气、甲醇等既是重要的燃料也是重要的化工原料．已知：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②CH4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₂=-36kJ•mol^-1
③CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₃=+216kJ•mol^-1
（1）氢气的燃烧热△H为-285.8kJ•mol^-1，写出甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6kJ•mol^-1．
（2）现有1mol由H₂O（g）与O₂组成的混合气体，且O₂的体积分数为x，将此混合气体与足量CH₄充分反应．当x=0.75时，反应②与③放出（或吸收）的总能量为0．若②反应过程中能量转化过程如图所示，下列有关说法中正确的是C．
A．E₁=36kJ     B．E₂=36kJ      C．E₁-E₂=36kJ      D．E₃-E₁=36kJ
（3）工业上可通过CO和H₂化合制得CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁（CO结构式为C≡O）．又知某些化学键的键能（断开1mol化学键时所需要的最低能量）值如表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
键能（kJ•mol-1）	348	413	436	358	1072	463

则△H₁=-116kJ•mol^-1，在相应的反应条件下，将1mol CO（g）与足量H₂（g）充分混合反应只生成CH₃OH（g）后，反应焓变＞△H₁．（用“＞”、“＜”或“=”填空）

Answer 1

分析 （1）氢气的燃烧热是值1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量，单位是kJ•mol^-1；依据热化学方程式和盖斯定律计算得到甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（2）根据反应热与反应物的物质的量成正比来解答；根据反应热应等于生成物与反应物的能量之差；
（3）依据化学反应的焓变=反应物总键能-生成物总键能；该反应存在限度，不可能完全转化．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1，即1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量285.8 kJ，故氢气的燃烧热为△H=-285.8 kJ•mol^-1；
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②CH₄（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂（g）△H₂=-36kJ•mol^-1
依据盖斯定律①+②得到甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
故答案为：-285.8 kJ•mol^-1；CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
（2）由反应②和③△H的数值可知，当O₂与H₂O的物质的量之比为3：1时，反应②与③的总能量变化为0，O₂的体积分数为x=0.75；由方程式②知36 kJ是该反应的能量变化，数值上与该反应的反应热相等，而反应热应等于生成物与反应物的能量之差，故36 kJ是E₁、E₂数值的差；
答案为：0.75；C；
（3）CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）中的焓变△H₁=反应物总键能-生成物总键能，依据图表提供的化学键的键能计算得到△H₁═1072kJ•mol^-1+2×436kJ•mol^-1-（3×413kJ•mol^-1+358kJ•mol^-1+463kJ•mol^-1）=-116 kJ•mol^-1；由于是可逆反应，平衡时1mol CO（g）反应后生成的CH₃OH小于1mol，所以放出的热量小于116 kJ，故答案为：-116 kJ•mol^-1；＜．

点评 本题主要考查了热化学方程式的意义，化学方程式的有关计算，有关反应热的计算，难度不大，注意知识的运用．