Question

【題目】數十年來，化學工作者對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)；ΔH＝－393 kJ·mol－1

2CO (g)＋O2(g)＝2CO2(g)；ΔH＝－566 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol－1

（1）工業(yè)上常采用將水蒸氣噴到灼熱的炭層上實現煤的氣化（制得CO、H2），該反應的熱化學方程式是_______________。

（2）上述煤氣化過程中需向炭層交替噴入空氣和水蒸氣，噴入空氣的目的是__________；該氣化氣可在加熱和催化劑下合成液體燃料甲醇，該反應方程式為_______________。

（3）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應得到。

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為___________反應（填“吸熱”、“放熱”）。

（4）科學家用氮化鎵材料與銅組裝如圖的人工光合系統，利用該裝置成功地實現了以

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的工作效率，可向裝置中加入少量___________（選填“氫氧化鈉”或“硫酸”）。

（5）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，其核磁共振氫譜如圖，則X的結構簡式為_____________。

Answer 1

【答案】C(s)＋H2O(g)= CO (g)＋H2(g)；ΔH＝+132 kJ·mol－1 讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量 CO + 2H2CH3OH 吸熱 CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O 硫酸

【解析】

（1）已知：①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH＝－393 kJ·mol－1；②2CO (g)＋O2(g)＝2CO2(g)；ΔH＝－566 kJ·mol－1；③2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol－1。根據蓋斯定律：①-1/2×②-1/2×③得水蒸氣與炭反應生成CO、H2的熱化學方程式是C(s)＋H2O(g)="=CO" (g)＋H2(g)；ΔH＝+132 kJ·mol－1。

（2）煤氣化為吸熱反應，故反應過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所需要的熱量；CO和H2在加熱和催化劑下生成液體燃料甲醇，該反應方程式為CO + 2H2CH3OH。

（3）已知：①2CH3OH(g) ==HCOOCH3(g)+2H2(g) △H>0，②HCOOCH3(g) ==CH3OH(g) +CO(g) △H>0，根據蓋斯定律：①+②得CH3OH(g) ="=" CO(g)+2H2(g)的△H>0，則以甲醇制一氧化碳的反應為吸熱反應。

（4）分析題給裝置知該裝置為原電池，電池反應為CO2+2H2O==CH4+2O2，電子由GaN電極沿外電路流向銅電極，則GaN為原電池的負極，銅電極為原電池的正極，離子交換膜為質子交換膜，則電解質溶液為酸性溶液。①銅電極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，CO2得電子生成甲烷，電解質為酸性溶液，通過氫離子和水平衡電荷和原子，電極反應式為CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O。②電解質為酸性溶液，為提高該人工光合系統的工作效率，可向裝置中加入少量硫酸。

（5）芳香烴X的相對分子質量為106，利用商余法推斷X的分子式為C8H10，其核磁共振氫譜有2個峰，X分子中含有2種氫原子，則X的結構簡式為