Question

【題目】(1) 已知: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol；

CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol；

2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol；

反應CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) 的△H = _____kJ/mol；

(2) 科學家用氮化鎵材料與銅組裝如圖10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。

①寫出銅電極表面的電極反應式_____________。

②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) 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___________。

(4) 將甲烷和硫反應可以制備CS2，其流程如圖11所示:

①寫出發生反應1的化學反應方程式___________。

②反應1產生兩種含硫的物質，為了提高CS2的產率，設計反應2和3實現硫單質循環利用，實驗時需對反應1出來的氣體分流，則進入反應2 和反應3 的氣體物質的量之比為___________。

③當反應1中每有1molCS2生成時，反應2中需要消耗O2的物質的量為___________。

Answer 1

【答案】 a+2b-2c CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸 2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O CH4+4S=CS2+2H2S 1:2 1mol

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，電極反應式的書寫，指定情境下方程式的書寫，含S化合物之間的轉化，物質的量應用于化學方程式的計算。

（1）將反應編號，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=akJ/mol（①式）

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H2=bkJ/mol（②式）

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H3=ckJ/mol（③式）

應用蓋斯定律，將①式+②式2-③式2，得CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=（a+2b-2c）kJ/mol。

（2）①根據裝置圖中電子的流向和物質的流向，Cu電極表面上CO2得電子被還原成CH4，CO2中C元素的化合價為+4價，CH4中C元素的化合價為-4價，1molCO2得8mol電子生成1molCH4，結合質子交換膜，Cu電極表面的電極反應式為：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。

②GaN材料上的電極反應式為：4OH--4e-=O2↑+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，不能加入鹽酸，若加入鹽酸，放電能力：Cl-OH-，GaN表面Cl-優先放電產生Cl2。

（3）根據題意，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，即NH4HS溶液與空氣作用生成S和氨水，再生反應的化學方程式為：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O。

（4）由流程知，反應1的反應物為CH4和S，反應1產生兩種含硫的物質，生成物為CS2和H2S；生成的H2S一部分與過量O2作用發生反應2生成SO2，反應2生成的SO2與另一部分H2S發生反應3生成S，S循環利用。

①反應1的化學方程式為：CH4+4S=CS2+2H2S。

②反應2的化學方程式為：2H2S+3O2=2SO2+2H2O；反應3的化學方程式為：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；為了充分利用S，進入反應2和反應3的氣體物質的量之比為1:2。

③根據反應，反應1中每有1molCS2生成，同時生成2molH2S，2molH2S中進入反應2的為2mol=mol，則反應2消耗的O2為n（H2S）=1mol。