Question

17．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：①CH₄（g）+2O₂ =CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3 kJ•mol^-1
          ②CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H+2.8 kJ•mol^-1
          ③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0 kJ•mol^-1
  則反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO+2H₂（g）△H=+247.3kJ•mol^-1
（2）天然氣的一個重要用途是制取H₂，其原理為：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）．一定條件下，在密閉容器中，通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol•L^-1的CH₄與CO₂，在發(fā)生反應(yīng)，測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖l所示，

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）•c（C{H}_{4}）}$
②則壓強(qiáng)P₁小于P₂�。ㄌ睢按笥凇被颉靶∮凇保�；壓強(qiáng)為P₂時，在Y點：v（正）大于v（逆）（填“大于“、“小于”或“等于“）．
（3）天然氣中的少量H₂S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH₄HS．一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓．
（4）工業(yè)上又常將從天然氣分離出的H₂S，在高溫下分解生成硫蒸氣和H₂，若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時，混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示，H₂S在高溫下分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂S?2H₂+S₂
（5）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖3的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄．
①寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
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硫酸（選填“鹽酸”或“硫酸”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律分析解答；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)的意義書寫，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積得到；
②該反應(yīng)正向為體積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越��；壓強(qiáng)為P₂時，在Y點反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動；
（3）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質(zhì)；
（4）根據(jù)題意知，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物是硫化氫，根據(jù)圖象知，生成物中含有S元素的物質(zhì)是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，再結(jié)合反應(yīng)條件書寫方程式；（5）①由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷；
②根據(jù)酸的揮發(fā)性分析；

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，：①CH₄（g）+2O₂ =CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3 kJ•mol^-1
          ②CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H+2.8 kJ•mol^-1
          ③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0 kJ•mol^-1
  則反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO+2H₂（g）△H=①-2③+2②=-890.3-2×（-566）+2×2.8=+247.3kJ•mol^-1，故答案為：+247.3kJ•mol^-1；
（2）①已知CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）•c（C{H}_{4}）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）•c（C{H}_{4}）}$；
②該反應(yīng)正向為體積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉(zhuǎn)化率大于P₂，則P₁小于P₂；壓強(qiáng)為P₂時，在Y點反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動，所以v（正）大于v（逆）；
故答案為：小于；大于；
（3）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質(zhì)，則一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫和氨水，則反應(yīng)方程式為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓；
故答案為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓；
（4）根據(jù)題意知，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物是硫化氫，根據(jù)圖象知，生成物中含有S元素的物質(zhì)是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，所以該反應(yīng)方程式為2H₂S?2H₂+S₂，故答案為：2H₂S?2H₂+S₂；
（5）①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(yīng)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(zhì)，由于鹽酸易揮發(fā)，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：硫酸．

點評 本題考查了原電池原理、方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動等，題目涉及的知識點較多，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．