Question

【題目】數(shù)十年來，化學(xué)工作者對(duì)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)；ΔH＝－393 kJ·mol－1

2CO (g)＋O2(g)＝2CO2(g)；ΔH＝－566 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol－1

（1）工業(yè)上常采用將水蒸氣噴到灼熱的炭層上實(shí)現(xiàn)煤的氣化（制得CO、H2），該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_______________。

（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__________；該氣化氣可在加熱和催化劑下合成液體燃料甲醇，該反應(yīng)方程式為_______________。

（3）電子工業(yè)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(yīng)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(yīng)為___________反應(yīng)（填“吸熱”、“放熱”）。

（4）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以

CO2和H2O合成CH4。

①寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式____________。

②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量___________（選填“氫氧化鈉”或“硫酸”）。

（5）天然氣也可重整生產(chǎn)化工原料，最近科學(xué)家們利用天然氣無氧催化重整獲得芳香烴X。由質(zhì)譜分析得X的相對(duì)分子質(zhì)量為106，其核磁共振氫譜如圖，則X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_____________。

Answer 1

【答案】C(s)＋H2O(g)= CO (g)＋H2(g)；ΔH＝+132 kJ·mol－1 讓部分炭燃燒，提供炭與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量 CO + 2H2CH3OH 吸熱 CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O 硫酸

【解析】

（1）已知：①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH＝－393 kJ·mol－1；②2CO (g)＋O2(g)＝2CO2(g)；ΔH＝－566 kJ·mol－1；③2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol－1。根據(jù)蓋斯定律：①-1/2×②-1/2×③得水蒸氣與炭反應(yīng)生成CO、H2的熱化學(xué)方程式是C(s)＋H2O(g)="=CO" (g)＋H2(g)；ΔH＝+132 kJ·mol－1。

（2）煤氣化為吸熱反應(yīng)，故反應(yīng)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(yīng)所需要的熱量；CO和H2在加熱和催化劑下生成液體燃料甲醇，該反應(yīng)方程式為CO + 2H2CH3OH。

（3）已知：①2CH3OH(g) ==HCOOCH3(g)+2H2(g) △H>0，②HCOOCH3(g) ==CH3OH(g) +CO(g) △H>0，根據(jù)蓋斯定律：①+②得CH3OH(g) ="=" CO(g)+2H2(g)的△H>0，則以甲醇制一氧化碳的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。

（4）分析題給裝置知該裝置為原電池，電池反應(yīng)為CO2+2H2O==CH4+2O2，電子由GaN電極沿外電路流向銅電極，則GaN為原電池的負(fù)極，銅電極為原電池的正極，離子交換膜為質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液為酸性溶液。①銅電極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，CO2得電子生成甲烷，電解質(zhì)為酸性溶液，通過氫離子和水平衡電荷和原子，電極反應(yīng)式為CO2＋8e－＋8H＋＝CH4＋2H2O。②電解質(zhì)為酸性溶液，為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量硫酸。

（5）芳香烴X的相對(duì)分子質(zhì)量為106，利用商余法推斷X的分子式為C8H10，其核磁共振氫譜有2個(gè)峰，X分子中含有2種氫原子，則X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為