2.27 已知CO(g))和H2O(g)的标准摩尔生成焓(298K)分别为 -110.53kJcdot (mol)^-1 和-|||--241.82kJcdot (mol)^-1 。-|||-(1)计算工业化的水煤气反应 _(2)O(g)+C(s)=!=!= CO(g)+(H)_(2)(g) 的 (Delta )_(r)(H)_(m)(298K) ;-|||-(2)将水蒸气通入1000 ℃的焦炭中,若要维持温度不变,问进料中水蒸气与空气的体积比应为-|||-多少?[假定工业化生产中C(s)与O2(g)反应产生的热量中有20%散失,按298K计算。]

考查要点

1. 热化学反应方程式的应用：利用标准摩尔生成焓计算反应的焓变。
2. 热量平衡与化学反应综合计算：结合两个反应的焓变，通过能量守恒和散失比例确定气体体积比。

解题核心思路

1. 第一问：直接应用热化学方程式规则，反应焓变为产物生成焓之和减去反应物生成焓之和。
2. 第二问：需平衡水煤气反应吸收的热量与碳燃烧释放的热量（扣除散失），通过体积比建立方程。

破题关键点

• 第一问：明确C(s)和H₂(g)的标准摩尔生成焓为0。
• 第二问：正确写出两个反应的热化学方程式，处理空气中的氧气比例，考虑能量守恒。

第（1）题

水煤气反应：
$H_2O(g) + C(s) \rightarrow CO(g) + H_2(g)$
根据热化学方程式规则：
$\Delta_r H_m = \sum v_B \Delta_f H_m^\theta(B)$
其中：

• 产物：CO(g)和H₂(g)，生成焓分别为$-110.53 \, \text{kJ·mol}^{-1}$和$0$。
• 反应物：H₂O(g)和C(s)，生成焓分别为$-241.82 \, \text{kJ·mol}^{-1}$和$0$。

代入公式：
$\Delta_r H_m = [(-110.53) + 0] - [(-241.82) + 0] = 131.29 \, \text{kJ·mol}^{-1}$

第（2）题

关键步骤：

1. 写出碳燃烧生成CO的反应：
   $\frac{1}{2}O_2(g) + C(s) \rightarrow CO(g) \quad \Delta_r H_{m,2} = -110.53 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
2. 热量平衡关系：
   水煤气反应吸收的热量等于碳燃烧释放的热量（扣除20%散失）：
   $|\Delta_r H_1| = 0.8 \cdot |\Delta_r H_2| \cdot n_{O_2}$
3. 体积比计算：
   设水蒸气与空气体积比为$1:x$，空气中氧气占20%，则水蒸气与氧气体积比为$1:0.2x$。
   根据热量平衡方程：
   $131.29 = 0.8 \cdot 110.53 \cdot (0.2x)$
   解得：
   $x \approx 3.71$