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)工業上可用煤制天然氣，生產過程中有多種途徑生成

①寫出與反應生成和的熱化學方程式 ______。

已知：，

，

②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和合成

寫出銅電極表面的電極反應式 ______ 。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“鹽酸”或“硫酸”。

③另一生成的途徑是，某溫度下，將和充入10L的密閉容器內發生反應，平衡時的轉化率為，求此溫度下該反應的平衡常數 ______ 計算結果保留兩位有效數字。

(2)天然氣中的雜質常用氨水吸收，產物為，一定條件下向溶液中通入空氣，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，其原理為：。在密閉容器中通入物質的量濃度均為的與，在一定條件下發生反應，測得的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示，則壓強 ______ (填“大于”或“小于”；壓強為時，在y點：v(正) ______ v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

(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】 硫酸 小于 大于

【解析】

(1)①根據蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；

②由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷；根據酸的揮發性分析；

③計算平衡時氫氣濃度變化量，利用三段式計算平衡時各組分濃度，代入平衡常數表達式計算；

(2)中硫元素為價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質，同時可使吸收液再生，則生成氨水；

(3)該反應正向為氣體體積增大的反應，壓強越大，的轉化率越小；壓強為時，在y點反應未達到平衡，反應正向進行；

(4)已知X的相對分子質量為106，設其分子式為，由可知，，再根據質譜圖中有2個峰，判斷分子中含有2種環境的H。

(1)①已知：①，

②，

③，

根據蓋斯定律，②+③-①×2得：，故答案為：；

②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：；可向裝置中加入少量的酸作電解質，由于鹽酸易揮發，生成的甲烷中會混有HCl氣體，所以選用硫酸，不用鹽酸，故答案為：；硫酸；

③平衡時的轉化率為，參加反應氫氣的物質的量，故氫氣的濃度變化量，則可列出三段式（單位為mol/L）：

故平衡常數，故答案為：；

(2)已知天然氣中的雜質常用氨水吸收，產物為，一定條件下向溶液中通入空氣，得到單質硫并使吸收液再生，由此可知，中硫元素為價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質，同時反應生成氨水，則反應方程式為：，故答案為：；

(3)該反應正向為氣體體積增大的反應，壓強越大，的轉化率越小，已知相同溫度下，條件下的轉化率大于，則小于；壓強為時，在y點反應未達到平衡，且此時甲烷的轉化率小于平衡轉化率，則應反應正向進行，所以v(正)大于v(逆)，故答案為：小于；大于；

(4)芳香烴X，已知X的相對分子質量為106，設其分子式為，由可知，，該分子中含有一個苯環，另外還有2個C原子，再根據質譜圖中有2個峰，可知分子中含有2種環境的H，則分子結構對稱，所以其結構簡式為，故答案為：。