Question

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右图的人工光合系统， 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“＞”或“＜”）；压强为P₂时，在Y点：v(正)        v(逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（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，其核磁共振氢谱如下图2，则X的结构简式为        。

Answer

（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】

试题分析：（1）①由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O；

②可向装置中加入少量的酸作电解质，由于盐酸易挥发，生成的甲烷中会混有HCl气体，所以选用硫酸，不用盐酸。

（2）NH4HS中硫元素为-2价，具有还原性能被氧气氧化为硫单质，则一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫和氨水，反应方程式为2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。

（3）①已知CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，其平衡常数表达式是K＝c2(CO)·c2(H2)/ c(CO2)·c (CH4)。

②该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH4的转化率越小，已知相同温度下，P1条件下的转化率大于P2，则P1< P2；压强为P2时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动，所以v（正）> v（逆）。
（4）芳香烃X，已知X的相对分子质量为l06，设其分子式为CxHy，由106÷12可知x=8，y=10，说明分子中含有一个苯环，另外含有2个C原子，再根据质谱图中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，则分子结构对称，所以其结构简式为。

【考点定位】考查原电池原理，方程式的书写，化学平衡常数，平衡移动，有机物分子式的确定等知识。

【名师点睛】本题考查原电池原理、方程式的书写、化学平衡常数、平衡移动、有机物分子式的确定等知识，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力。（1）①由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷；②根据酸的挥发性分析；（2）NH4HS中硫元素为-2价，具有还原性能被氧气氧化为硫单质；（3）①根据化学平衡常数表达的意义书写，利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积得到；②该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH4的转化率越小；压强为P2时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动；（4）已知X的相对分子质量为l06，设其分子式为CxHy，由106÷12可知x=8，y=10，再根据质谱图中有2个峰，判断分子中含有2种环境的H．