Question

（14分）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(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH­4。

①寫出銅電極表面的電極反應(yīng)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H2S雜質(zhì)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(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式 。

（3）天然氣的一個(gè)重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為 。

②在密閉容器中通入物質(zhì)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(yīng)，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖1所示，則壓強(qiáng)P1 P2（填“大于”或“小于”）；壓強(qiáng)為P2時(shí)，在Y點(diǎn)：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(xué)家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X。由質(zhì)譜分析得X的相對(duì)分子質(zhì)量為106，其核磁共振氫譜如圖2，則X的結(jié)構(gòu)簡式為 。

Answer 1

（1）CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O （2分） 硫酸 （2分）

（2）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓ （2分）

（3）①K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4) （2分） ②小于（2分） 大于 （2分）

（4） （2分）

【解析】

試題分析：（1） ①分析題給裝置知，銅電極表面CO2轉(zhuǎn)化為 CH­4，電解質(zhì)溶液呈酸性，利用氫離子和水平衡電荷和原子，電極反應(yīng)式CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O；②鹽酸易揮發(fā)，為防止副反應(yīng)的發(fā)生，可向裝置中加入少量硫酸；（2）一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫和一水合氨，該反應(yīng)的化學(xué)方程式2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓；（3）①根據(jù)CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)；②根據(jù)圖像知，當(dāng)溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)為P1時(shí)甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率比壓強(qiáng)為P2的高，說明平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，改變的條件為減小壓強(qiáng)，則壓強(qiáng)P1小于P2（填“大于”或“小于”）；壓強(qiáng)為P2時(shí)，Y點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率比平衡時(shí)低，，要想達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進(jìn)行，v(正) 大于v(逆)；（4）根據(jù)題給信息知，芳香烴X的相對(duì)分子質(zhì)量為106，分子中含有2中氫原子，為對(duì)二甲苯，結(jié)構(gòu)簡式為。

考點(diǎn)：考查電極方程式的書寫，化學(xué)平衡及有機(jī)物結(jié)構(gòu)式的確定。