Question

15．某城市煤氣中可燃?xì)怏w組成為H₂ 48%、CO 15%、CH₄ 13%（均為體積百分比，其余為不燃性氣體）．已知：1mol H₂完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量285.8kJ，1mol CO完全燃燒生成CO₂氣體放出熱量282.8kJ，1mol CH₄完全燃燒生成CO₂氣體和液態(tài)水放出熱量890.4kJ．
（1）寫出H₂和CH₄燃燒的熱化學(xué)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）標(biāo)準(zhǔn)狀況下的1升這種煤氣完全燃燒能放出多少熱量？
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下的1升這種煤氣完全燃燒需要消耗多少升標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣？（假定空氣中O₂的體積百分含量為21%）
（4）已知1克水溫度每上升1℃需要熱量4.2J．欲將1kg 20℃的水加熱至沸騰，假定加熱過程中的熱量利用率為60%，則需消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的這種煤氣多少升？

Answer 1

分析 （1）注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（2）計算氫氣、CO、甲烷的物質(zhì)的量，結(jié)合燃燒熱計算放出的熱量；
（3）根據(jù)方程式計算氫氣、CO、甲烷消耗氧氣體積，再計算需要氧氣總體積，結(jié)合空氣中氧氣含量計算需要空氣體積；
（4）計算1kg 20℃的水加熱至沸騰需要的熱量，結(jié)合（2）中1L煤氣燃燒放出的熱量計算．

解答 解：（1）1mol H₂完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量285.8kJ，氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6 kJ/mol，
1mol CH₄完全燃燒生成CO₂氣體和液態(tài)水放出熱量890.4kJ，甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.4 kJ/mol，
故答案為：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）標(biāo)準(zhǔn)狀況下的1升這種煤氣中，氫氣為0.48L、CO為0.15L、甲烷為0.13L，則完全燃燒放出熱量為：
$\frac{0.48}{22.4}$×285.8kJ+$\frac{0.15}{22.4}$×282.8kJ+$\frac{0.13}{22.4}$×890.4kJ=13.19kJ，
答：標(biāo)準(zhǔn)狀況下的1升這種煤氣完全燃燒能放出13.19kJ熱量．
（3）由：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2H₂O，2CO+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2CO₂，CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，可知需要氧氣體積為：
0.48L×$\frac{1}{2}$+0.15L×$\frac{1}{2}$+0.13L×2=0.575L，故需要空氣體積為0.575L÷21%=2.74L，
答：需要空氣體積為2.74L．
（4）1克水溫度每上升1℃需要熱量4.2J，則1kg 20℃的水加熱至沸騰需要熱量為4.2J×1000×80=336000J=336kJ，設(shè)需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的這種煤氣xL，則：
x×13.19kJ×60%=336kJ
解得x=42.5，
答：需消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的這種煤氣42.5升．

點(diǎn)評 本題考查燃燒熱的有關(guān)計算、熱化學(xué)方程式書寫，側(cè)重考查學(xué)生計算能力，題目計算量比較大，屬于易錯題目，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．