Question

（12分）利用焦炭或天然氣制取廉價的CO和H₂，再用于氨合成和有機合成是目前工業生產的重要途徑。回答下列問題：
（1）甲烷在高溫下與水蒸氣反應的化學方程式為：CH₄＋H₂O＝CO＋3H₂。部分物質的燃燒熱數據如下表：

物 質	燃燒熱（kJ·mol－1）
H2(g)	－285.8
CO(g)	－283.0
CH4(g)	－890.3

已知1 mol H₂O(g)轉變為1 mol H₂O(l)時放出44.0 kJ熱量。寫出CH₄和水蒸氣在高溫下反應的熱化學方程式                                                   。
（2）500℃、50MPa時，在容積為V L的容器中加入1 mol N₂、3 mol H₂，，此時N₂的轉化率為a。則平衡時NH₃的濃度為                       。
（3）1,3―丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1,3―丙二醇的路線如下：

某化工廠已購得乙烯11.2 t，考慮到原料的充分利用，反應②、③所需的CO和H₂可由以下兩個反應獲得：
C+H₂OCO+H₂     CH₄+H₂OCO+3H₂
假設在生產過程中，反應①、②、③中各有機物的轉化率均為100%。且反應②中CO和H₂、反應③中H₂的轉化率都為80%，計算至少需要焦炭           噸、甲烷          噸，
才能滿足生產需要。

Answer 1

（1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)； △H ＝＋206.1 kJ·mol^－1（3分）
（2）2a/V  mol/L（3分）
（3）3.0   4.0

（1）CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)； △H ＝＋206.1 kJ·mol^－1（3分）
 （2）2a/V  mol/L（3分）
（3）反應②中   C₂H₄    ~    CO    ~    H₂     ~    HOCH₂CH₂CHO
28          28         2               74
11.2t     m(CO)×80%  m(H₂)×80%  m(HOCH₂CH₂CHO)
則m(CO)=14 t   m(H₂)="1.0" t   m(HOCH₂CH₂CHO) ="29.6" t
反應③中  HOCH₂CH₂CHO    ～     H₂
74                     2
29.6t                  m(H₂)×80%
則m(H₂)="1.0" t
反應②、③中共需CO14t、H₂2.0 t。
C + H₂OCO + H₂        CH₄ + H₂OCO + 3H₂
12           28   2        16            28    6
m(C)                     m(CH₄)
得方程組＝14t  和  ＝2.0 t[來源]
解得m(C)＝3.0 t     m(CH₄)＝4.0 t
所以需要焦炭3.0 t、甲烷4.0 t     （6分）