Question

4．甲烷、一氧化碳和氫氣、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）氫氣的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1，寫(xiě)出甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6kJ•mol^-1．
（2）現(xiàn)有1mol由H₂O（g）與O₂組成的混合氣體，且O₂的體積分?jǐn)?shù)為x，將此混合氣體與足量CH₄充分反應(yīng)．當(dāng)x=0.75時(shí)，反應(yīng)②與③放出（或吸收）的總能量為0．若②反應(yīng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是C．
A．E₁=36kJ     B．E₂=36kJ      C．E₁-E₂=36kJ      D．E₃-E₁=36kJ
（3）工業(yè)上可通過(guò)CO和H₂化合制得CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁（CO結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)）．又知某些化學(xué)鍵的鍵能（斷開(kāi)1mol化學(xué)鍵時(shí)所需要的最低能量）值如表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能（kJ•mol-1）	348	413	436	358	1072	463

則△H₁=-116kJ•mol^-1，在相應(yīng)的反應(yīng)條件下，將1mol CO（g）與足量H₂（g）充分混合反應(yīng)只生成CH₃OH（g）后，反應(yīng)焓變＞△H₁．（用“＞”、“＜”或“=”填空）

Answer 1

分析 （1）氫氣的燃燒熱是值1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，單位是kJ•mol^-1；依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)反應(yīng)熱與反應(yīng)物的物質(zhì)的量成正比來(lái)解答；根據(jù)反應(yīng)熱應(yīng)等于生成物與反應(yīng)物的能量之差；
（3）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；該反應(yīng)存在限度，不可能完全轉(zhuǎn)化．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1，即1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量285.8 kJ，故氫氣的燃燒熱為△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
依據(jù)蓋斯定律①+②得到甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
故答案為：-285.8 kJ•mol^-1；CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-607.6 kJ•mol^-1；
（2）由反應(yīng)②和③△H的數(shù)值可知，當(dāng)O₂與H₂O的物質(zhì)的量之比為3：1時(shí)，反應(yīng)②與③的總能量變化為0，O₂的體積分?jǐn)?shù)為x=0.75；由方程式②知36 kJ是該反應(yīng)的能量變化，數(shù)值上與該反應(yīng)的反應(yīng)熱相等，而反應(yīng)熱應(yīng)等于生成物與反應(yīng)物的能量之差，故36 kJ是E₁、E₂數(shù)值的差；
答案為：0.75；C；
（3）CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）中的焓變△H₁=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計(jì)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；由于是可逆反應(yīng)，平衡時(shí)1mol CO（g）反應(yīng)后生成的CH₃OH小于1mol，所以放出的熱量小于116 kJ，故答案為：-116 kJ•mol^-1；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了熱化學(xué)方程式的意義，化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算，有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算，難度不大，注意知識(shí)的運(yùn)用．