Question

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

（1）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。

   ①写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式                       

    已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)  ΔH＝－41kJ·mol－1 

    C(s)+2H2(g)CH4(g)         ΔH＝－73kJ·mol－1

    2CO(g)C(s)+CO2(g)       ΔH＝－171kJ·mol－1

   ② 科学家用氮化镓材料与铜组装如右图的人工光合系统，

利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH­4。

   写出铜电极表面的电极反应式                。为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。

  ③ 另一生成CH4的途径是CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。某温度下，将0.1 mol CO和0.3 molH2充入10L的密闭容器内发生反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)，平衡时H2的转化率为80%，求此温度下该反应的平衡常数K=                  。（计算结果保留两位有效数字）

天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入

空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式                           。 

（3）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 。

   在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P1        P2（填“大于”

或“小于”）；压强为P2时，在Y点：v(正)       v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如下图2，则X的结构简式为          。

Answer 1

（1）①CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)    ΔH＝－162kJ·mol－1   （2分 ）

    ②CO2＋8e-＋8H+＝CH4＋2H2O （2分）   硫酸 （2分） ③0.14×106 （2分）

（2）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓ （2分）（3）小于（2分） 大于（2分）

（4）     （2分）