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）已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) H1

CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) H2

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) H3

則CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g)的H＝____________。

（2）天然氣中的少量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_________________。

（3）用鹽酸作甲醇燃料電池的電解質正在成為熱點課題。甲醇可以用一氧化碳與氫氣反應生成（催化劑為Cu2O/ZnO)。已知：2CO(g) +O2(g) 2CO2(g) △H = -566 kJ mol-1

CH3OH(g)+O2(g) CO2(g) +2H2(g) △H = -182.9 kJ mol-1

則 CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) △H = ______。

若將生成的CH3OH與鹽酸、氧氣構成燃料電池，則燃料電池的負極反應式為__________。

（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l06，其核磁共振氫譜如圖2所示，則X的結構簡式為_________。

（5）科學家用氮化鎵材料與銅組裝如右圖所示人工光合系統，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”）。

Answer 1

【答案】ΔH1+2ΔH2－2ΔH3 2NH4HS＋O2===2NH3·H2O＋2S↓ -100.1kJ/mol CH3OH+H2O—6e—=CO2+6H+ CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O 硫酸

【解析】

（1）根據蓋斯定律解答。

（2）NH4HS中硫元素為-2價，具有還原性，能被氧氣氧化為硫單質，則在一定條件下，向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質硫和氨水。

（3）根據蓋斯定律解答。

（4）設其分子式為CxHy，由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。

（5）①由電池裝置圖可知，銅電極上二氧化碳得電子生成甲烷。

②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氯化氫氣體，應選用硫酸。

（1）根據蓋斯定律①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) H1

②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) H2

③2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) H3

①+2×②—2×③，則CO2(g)＋CH4(g)===2CO(g)＋2H2(g)的H＝ΔH1+2ΔH2－2ΔH3，故答案為：ΔH1+2ΔH2－2ΔH3。

（2）NH4HS中硫元素為-2價，具有還原性，能被氧氣氧化為硫單質，則在一定條件下，向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質硫和氨水，則反應的方程式為：2NH4HS＋O2===2NH3·H2O＋2S↓，故答案為：2NH4HS＋O2===2NH3·H2O＋2S↓。

（3）①2CO(g) +O2(g) 2CO2(g) △H = -566 kJ mol-1

②CH3OH(g)+ O2(g) CO2(g) +2H2(g) △H = -182.9 kJ mol-1，

根據蓋斯定律：（①-2×②）×1/2得到熱化學方程式為：CO(g) +2H2(g) CH3OH(g) △H=-100.1kJ/mol，若將生成的CH3OH與鹽酸、氧氣構成燃料電池，則燃料電池的負極反應為甲醇燃燒失電子生成二氧化碳，負極反應式為：CH3OH+H2O—6e—=CO2+6H+，故答案為：-100.1kJ/mol；CH3OH+H2O—6e—=CO2+6H+。

（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：。

（5）①由電池裝置圖可知，銅電極上二氧化碳得電子生成甲烷，則銅電極表面的電極反應式為：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，由于鹽酸易揮發，生成的甲烷中會混有氯化氫氣體，應選用硫酸，故答案為：硫酸。