Question

5．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）氫氣的燃燒熱為△H=-285.8kJ•mol^-1，寫出甲烷不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：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的體積分數(shù)為x，將此混合氣體與足量CH₄充分反應(yīng)．當x=0.75時，反應(yīng)②與③放出（或吸收）的總能量為0．若②反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列有關(guān)說法中正確的是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)）．又知某些化學鍵的鍵能（斷開1mol化學鍵時所需要的最低能量）數(shù)值如下表：

化學鍵	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混合充分反應(yīng)后，放出或吸收的熱量＜△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)熱化學方程式和蓋斯定律計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：△H=-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O₂與H₂O的物質(zhì)的量之比為3：1時，反應(yīng)②與③的總能量變化為0，O₂的體積分數(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)圖表提供的化學鍵的鍵能計算得到△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；＜．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的意義，化學方程式的有關(guān)計算，有關(guān)反應(yīng)熱的計算，難度不大，注意知識的運用．