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5.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CH4
①寫出CO2與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ•mol-1
已知:CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ•mol-1
C(s)+2H2(g)?CH4(g)△H=-73kJ•mol-1
2CO(g)?C(s)+CO2(g)△H=-171kJ•mol-1
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CO2和H2O合成CH4
寫出銅電極表面的電極反應式CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O.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(選填“鹽酸”或“硫酸”).
③另一生成CH4的途徑是CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g).某溫度下,將0.1mol CO和0.3molH2充入10L的密閉容器內發生反應CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g),平衡時H2的轉化率為80%,求此溫度下該反應的平衡常數K=1.5×105.(計算結果保留兩位有效數字)
(2)天然氣中的H2S雜質常用氨水吸收,產物為NH4HS.一定條件下向NH4HS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2NH4HS+O2=2NH3•H2O+2S↓.
(3)天然氣的一個重要用途是制取H2,其原理為:CO2(g)+CH4(g)═2CO(g)+2H2(g).

在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol•L-1的CH4與CO2,在一定條件下發生反應,測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖1所示,則壓強P1小于P2(填“大于”
或“小于”);壓強為P2時,在Y點:v(正)大于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2,則X的結構簡式為

分析 (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)NH4HS中硫元素為-2價,具有還原性能被氧氣氧化為硫單質;
(3)該反應正向為體積增大的方向,壓強越大,CH4的轉化率越小;壓強為P2時,在Y點反應未達到平衡,則反應正向移動;
(4)已知X的相對分子質量為l06,設其分子式為CxHy,由$\frac{106}{12}$可知x=8,y=10,再根據質譜圖中有2個峰,判斷分子中含有2種環境的H.

解答 解:(1)①已知:①CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ•mol-1
②C(s)+2H2(g)?CH4(g)△H=-73kJ•mol-1
③2CO(g)?C(s)+CO2(g)△H=-171kJ•mol-1
根據蓋斯定律,②+③-①×2得:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ•mol-1
故答案為:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ•mol-1
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:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;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:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O;硫酸;
③平衡時H2的轉化率為80%,參加反應氫氣的物質的量=0.3mol×80%=0.24mol,故氫氣的濃度變化量=$\frac{0.24mol}{10L}$=0.024mol/L,則:
             CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)
開始(mol/L):0.01   0.03     0       0
變化(mol/L):0.008  0.024   0.008    0.008
平衡(mol/L):0.002  0.006   0.008    0.008
故平衡常數=$\frac{0.008×0.008}{0.002×0.00{6}^{3}}$=1.5×105
故答案為:1.5×105
(2)NH4HS中硫元素為-2價,具有還原性能被氧氣氧化為硫單質,則一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣,得到單質硫和氨水,則反應方程式為:2NH4HS+O2=2NH3•H2O+2S↓;
故答案為:2NH4HS+O2=2NH3•H2O+2S↓;
(3)該反應正向為體積增大的方向,壓強越大,CH4的轉化率越小,已知相同溫度下,P1條件下的轉化率大于P2,則P1小于P2;壓強為P2時,在Y點反應未達到平衡,則反應正向移動,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l06,設其分子式為CxHy,由$\frac{106}{12}$可知x=8,y=10,說明分子中含有一個苯環,另外含有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:

點評 本題考查了蓋斯定律、原電池原理、方程式的書寫、化學平衡常數、平衡移動、有機物分子式的確定等,題目涉及的知識點較多,側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力,題目難度中等.

練習冊系列答案
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(1)氮氧化物是造成光化學煙霧和臭氧層損耗的主要氣體.已知:
①CO(g)+NO2(g)=NO(g)+CO2(g)△H=-a kJ•mol-1(a>0)
②2CO(g)+2NO (g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-b kJ•mol-1(b>0)
若用標準狀況下 3.36LCO還原NO2至N2(CO完全反應)的整個過程中轉移電子的物質的量為0.3mol,放出的熱量為$\frac{3(2a+b)}{80}$kJ(用含有a和b的代數式表示).
(2)用CH4催化還原NOx也可以消除氮氧化物的污染.例如:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1=-574kJ•mol-1
②CH4(g)+4NO (g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2=?②
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16.用石油裂化和裂解過程得到的乙烯、丙烯來合成丙烯酸乙酯的路線如下:

根據以上材料和你所學的化學知識回答下列問題:
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(2)A與B合成丙烯酸乙酯的化學方程式是CH2=CHCOOH+CH3CH2OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH2=CHCOOCH2CH3+H2O.
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10.學生設計了下圖所示的方法對A鹽進行鑒定
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17.下列溶液一定呈酸性的是(  )
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15.(1)如圖1是部分主族元素第一電離能梯度圖,圖中,a點對應的元素為氫,b、c兩點對應的元素分別為O、Si(填元素符號).
(2)將CrCl3•6H2O溶解在適量水中得到深綠色溶液,溶液中Cr3+以[Cr(H2O)5Cl]2+形式存在.
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