Question

【題目】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H2S雜質常用氨水吸收，產物為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) 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1所示，則壓強P1 P2（填“＞”或“＜”）；壓強為P2時，在Y點：v(正) v(逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（4）天然氣也可重整生產化工原料，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106，其核磁共振氫譜如下圖2，則X的結構簡式為 。

Answer 1

【答案】（1）①CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O ②硫酸

（2）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓

（3）①K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4) ②＜ ＞

（4）

【解析】

試題分析：（1）①由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應為：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。

（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，反應方程式為2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。

（3）①已知CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，其平衡常數(shù)表達式是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< 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）> v（逆）。
（4）芳香烴X，已知X的相對分子質量為l06，設其分子式為CxHy，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。