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)工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成

①写出与反应生成和的热化学方程式 ______。

已知：，

，

②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和合成

写出铜电极表面的电极反应式 ______ 。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”。

③另一生成的途径是，某温度下，将和充入10L的密闭容器内发生反应，平衡时的转化率为，求此温度下该反应的平衡常数 ______ 计算结果保留两位有效数字。

(2)天然气中的杂质常用氨水吸收，产物为，一定条件下向溶液中通入空气，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，其原理为：。在密闭容器中通入物质的量浓度均为的与，在一定条件下发生反应，测得的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，则压强 ______ (填“大于”或“小于”；压强为时，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，则X的结构简式为 ______。

Answer

硫酸 小于 大于

【解析】

(1)①根据盖斯定律书写目标热化学方程式；

②由电池装置图可知，Cu上二氧化碳得电子生成甲烷；根据酸的挥发性分析；

③计算平衡时氢气浓度变化量，利用三段式计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式计算；

(2)中硫元素为价，具有还原性能被氧气氧化为硫单质，同时可使吸收液再生，则生成氨水；

(3)该反应正向为气体体积增大的反应，压强越大，的转化率越小；压强为时，在y点反应未达到平衡，反应正向进行；

(4)已知X的相对分子质量为106，设其分子式为，由可知，，再根据质谱图中有2个峰，判断分子中含有2种环境的H。

(1)①已知：①，

②，

③，

根据盖斯定律，②+③-①×2得：，故答案为：；

②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：；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，故答案为：；硫酸；

③平衡时的转化率为，参加反应氢气的物质的量，故氢气的浓度变化量，则可列出三段式（单位为mol/L）：

故平衡常数，故答案为：；

(2)已知天然气中的杂质常用氨水吸收，产物为，一定条件下向溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，由此可知，中硫元素为价，具有还原性能被氧气氧化为硫单质，同时反应生成氨水，则反应方程式为：，故答案为：；

(3)该反应正向为气体体积增大的反应，压强越大，的转化率越小，已知相同温度下，条件下的转化率大于，则小于；压强为时，在y点反应未达到平衡，且此时甲烷的转化率小于平衡转化率，则应反应正向进行，所以v(正)大于v(逆)，故答案为：小于；大于；

(4)芳香烃X，已知X的相对分子质量为106，设其分子式为，由可知，，该分子中含有一个苯环，另外还有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，故答案为：。