Question

天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷．
（1）科學家用氮化鎵材料與銅組裝如右圖的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄．
①寫出銅電極表面的電極反應式

 

．
②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量

 

（選填“鹽酸”或“硫酸”）．
（2）天然氣中的少量H₂S雜質常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH₄HS．一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質硫并使吸收液再生，寫出再生反應的化學方程式

 

．
（3）天然氣的一個重要用途是制取H₂，其原理為：CO₂（g）+CH₄（g）

點燃  .

 2CO（g）+2H₂（g）．
①該反應的平衡常數(shù)表達式為

 

．
②在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol?L^-1的CH₄與CO₂，在一定條件下發(fā)生反應，測得CH₄的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如下圖l所示，則壓強P₁

 

P₂ （填“大于”或“小于”）；壓強為P₂時，在Y點：v（正）

 

v（逆）（填“大于“、“小于”或“等于“）．
（4）天然氣也可重整生產(chǎn)化工原料，最近科學家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X．由質譜分析得X的相對分子質量為l06，其核磁共振氫譜如圖2，則X的結構簡式為

 

．

Answer 1

考點：化學電源新型電池,化學平衡的計算,有機物實驗式和分子式的確定

專題：

分析：（1）①由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷；
②根據(jù)酸的揮發(fā)性分析；
（2）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質；
（3）①根據(jù)化學平衡常數(shù)表達的意義書寫，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積得到；
②該反應正向為體積增大的方向，壓強越大，CH₄的轉化率越�。粔簭姙镻₂時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動；
（4）已知X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由

106

12

可知x=8，y=10，再根據(jù)質譜圖中有2個峰，判斷分子中含有2種環(huán)境的H．

解答： 解：（1）①由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②可向裝置中加入少量的酸作電解質，由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會混有HCl氣體，所以選用硫酸，不用鹽酸；
故答案為：硫酸；
（2）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質，則一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質硫和氨水，則反應方程式為：2NH₄HS+O₂=2NH₃?H₂O+2S↓；
故答案為：2NH₄HS+O₂=2NH₃?H₂O+2S↓；
（3）①已知CO₂（g）+CH₄（g）

點燃  .

2CO（g）+2H₂（g），其平衡常數(shù)表達式是K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

；
故答案為：K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

；
②該反應正向為體積增大的方向，壓強越大，CH₄的轉化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉化率大于P₂，則P₁小于P₂；壓強為P₂時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動，所以v（正）大于v（逆）；
故答案為：小于；大于；
（4）芳香烴X，已知X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由

106

12

可知x=8，y=10，說明分子中含有一個苯環(huán)，另外含有2個C原子，再根據(jù)質譜圖中有2個峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，則分子結構對稱，所以其結構簡式為；
故答案為：．

點評：本題考查了原電池原理、方程式的書寫、化學平衡常數(shù)、平衡移動、有機物分子式的確定等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．