Question

10．數十年來，化學工作者對碳的氧化物和氫化物做了廣泛深入的研究并取得了一些
重要成果．
已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）；△H=-393kJ•mol^-1
2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-484kJ•mol^-1
（1）工業上常采用將水蒸氣噴到灼熱的炭層上實現煤的氣化（制得CO、H₂），該反應的熱化學方程式是C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+132kJ•mol^-1．
（2）上述煤氣化過程中需向炭層交替噴入空氣和水蒸氣，噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；該氣化氣可在加熱和催化劑下合成液體燃料甲醇，該反應方程式為CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH．
（3）電子工業中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫、分解兩步反應得到．
第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
則以甲醇制一氧化碳的反應為吸熱反應（填“吸熱”、“放熱”）．
（4）科學家用氮化鎵材料與銅組裝如圖1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CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
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硫酸（選填“氫氧化鈉”或“硫酸”）．
（5）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．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣噴到灼熱的炭層上實現煤的氣化（制得CO、H₂）即反應方程式為C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），再根據蓋斯定律進行計算；
（2）根據（1）煤和水蒸氣的反應生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；一氧化碳和氫氣，在一定條件下合成甲醇，據此書寫方程式；
（3）根據蓋斯定律甲醇制一氧化碳的反應熱是△H_第一步+△H_第二步；
（4）①由電池裝置圖可知，Cu電極上二氧化碳得電子生成甲烷；
②由于氫氧化鈉不能提供質子，應選用硫酸；
（5）芳香烴X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個苯環，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個峰，可知分子中含有2種環境的H，應含有2個甲基且處于對位位置．

解答 解：（1）已知：①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）；△H=-393kJ•mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）；△H=-566kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-484kJ•mol^-1
將（①×2-②-③）×$\frac{1}{2}$得到反應C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），則△H═（-393kJ•mol^-1×2+566kJ•mol^-1+484kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=+132 kJ•mol^-1 
故答案為：C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g）；△H=+132 kJ•mol^-1；
（2）根據（1）煤和水蒸氣的反應生成一氧化碳和氫氣要吸熱，故噴入空氣的目的是讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；
一氧化碳和氫氣在一定條件下合成甲醇的原理為：CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH；
故答案為：讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應所需要的熱量；CO+2H₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$CH₃OH；
（3）由第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
；根據蓋斯定律甲醇制一氧化碳的反應熱是△H_第一步+△H_第二步＞0，所以是吸熱反應，故答案為：吸熱；
（4）①由電池裝置圖可知，Cu電極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，故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②可向裝置中加入少量的酸作電解質，由于氫氧化鈉不能提供質子，應選用硫酸，所以選用硫酸，
故答案為：硫酸；
（5）芳香烴X的相對分子質量為l06，設其分子式為C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10，可知分子式為C₈H₁₀，分子中含有一個苯環，為苯的同系物，核磁共振氫譜中有2個峰，可知分子中含有2種環境的H，應含有2個甲基且處于對位位置，則X的結構簡式為，
故答案為：．

點評 本題考查蓋斯定律的應用、原電池原理、有機物結構的確定等，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．