Question

（14分）天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

（1）科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH­₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。

②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。

（2）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式         。

（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：CO₂(g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g) 。

①该反应的平衡常数表达式为          。

②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L^－1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P₁    P₂（填“大于”或“小于”）；压强为P₂时，在Y点：v(正)    v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如图2，则X的结构简式为           。

Answer

（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】

试题分析：（1） ①分析题给装置知，铜电极表面CO2转化为 CH­4，电解质溶液呈酸性，利用氢离子和水平衡电荷和原子，电极反应式CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O；②盐酸易挥发，为防止副反应的发生，可向装置中加入少量硫酸；（2）一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫和一水合氨，该反应的化学方程式2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓；（3）①根据CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 写出该反应的平衡常数表达式为K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)；②根据图像知，当温度相同时，压强为P1时甲烷的平衡转化率比压强为P2的高，说明平衡正向移动，该反应的正反应为气体物质的量增大的反应，改变的条件为减小压强，则压强P1小于P2（填“大于”或“小于”）；压强为P2时，Y点CH4的转化率比平衡时低，，要想达到平衡状态，反应正向进行，v(正) 大于v(逆)；（4）根据题给信息知，芳香烃X的相对分子质量为106，分子中含有2中氢原子，为对二甲苯，结构简式为。

考点：考查电极方程式的书写，化学平衡及有机物结构式的确定。