Question

10．數(shù)十年來(lái)，化學(xué)工作者對(duì)碳的氧化物和氫化物做了廣泛深入的研究并取得了一些
重要成果．
已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393kJ•mol^-1
2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-484kJ•mol^-1
（1）工業(yè)上常采用將水蒸氣噴到灼熱的炭層上實(shí)現(xiàn)煤的氣化（制得CO、H₂），該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+132kJ•mol^-1．
（2）上述煤氣化過(guò)程中需向炭層交替噴入空氣和水蒸氣，噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量；該氣化氣可在加熱和催化劑下合成液體燃料甲醇，該反應(yīng)方程式為CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH．
（3）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過(guò)脫氫、分解兩步反應(yīng)得到．
第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
則以甲醇制一氧化碳的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”、“放熱”）．
（4）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖1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(xiě)出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
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硫酸（選填“氫氧化鈉”或“硫酸”）．
（5）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(wú)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(jiǎn)式為．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣噴到灼熱的炭層上實(shí)現(xiàn)煤的氣化（制得CO、H₂）即反應(yīng)方程式為C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），再根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）根據(jù)（1）煤和水蒸氣的反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量；一氧化碳和氫氣，在一定條件下合成甲醇，據(jù)此書(shū)寫(xiě)方程式；
（3）根據(jù)蓋斯定律甲醇制一氧化碳的反應(yīng)熱是△H_第一步+△H_第二步；
（4）①由電池裝置圖可知，Cu電極上二氧化碳得電子生成甲烷；
②由于氫氧化鈉不能提供質(zhì)子，應(yīng)選用硫酸；
（5）芳香烴X的相對(duì)分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個(gè)苯環(huán)，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個(gè)峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，應(yīng)含有2個(gè)甲基且處于對(duì)位位置．

解答 解：（1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-393kJ•mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）；△H=-566kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-484kJ•mol^-1
將（①×2-②-③）×$\frac{1}{2}$得到反應(yīng)C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），則△H═（-393kJ•mol^-1×2+566kJ•mol^-1+484kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=+132 kJ•mol^-1 
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g）；△H=+132 kJ•mol^-1；
（2）根據(jù)（1）煤和水蒸氣的反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量；
一氧化碳和氫氣在一定條件下合成甲醇的原理為：CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH；
故答案為：讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量；CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH；
（3）由第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
；根據(jù)蓋斯定律甲醇制一氧化碳的反應(yīng)熱是△H_第一步+△H_第二步＞0，所以是吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（4）①由電池裝置圖可知，Cu電極上二氧化碳得電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應(yīng)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(zhì)，由于氫氧化鈉不能提供質(zhì)子，應(yīng)選用硫酸，所以選用硫酸，
故答案為：硫酸；
（5）芳香烴X的相對(duì)分子質(zhì)量為l06，設(shè)其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個(gè)苯環(huán)，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個(gè)峰，可知分子中含有2種環(huán)境的H，應(yīng)含有2個(gè)甲基且處于對(duì)位位置，則X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、原電池原理、有機(jī)物結(jié)構(gòu)的確定等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．