Question

17．数十年来，化学工作者对碳的氧化物和氢化物做了广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）工业上常采用将水蒸气喷到灼热的炭层上实现煤的气化（制得CO、H₂），该反应的热化学方程式是C（s）+H₂O（g）═CO （g）+H₂（g）△H=+132 kJ•mol^-1．
（2）上述煤气化过程中需向炭层交替喷入空气和水蒸气，喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；该气化气可在加热和催化剂下合成液体燃料甲醇，该反应方程式为CO+2H₂CH₃OH．
（3）电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到．
第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
①第一步反应的机理可以用图1表示：图中中间产物X的结构简式为HCHO．
②以甲醇制一氧化碳的反应为吸热反应（填“吸热”、“放热”）．
（4）天然气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，其核磁共振氢谱如图2，则X的结构简式为．
（5）C₂H₄可用于烟气脱硝．为研究温度、催化剂中Cu²⁺负载量对其NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如3图所示．为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu²⁺负载量分别是350℃左右、3%．

Answer 1

分析 （1）水蒸气喷到灼热的炭层上实现煤的气化（制得CO、H₂）即反应方程式为C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），再根据盖斯定律进行计算；
（2）根据（1）煤和水蒸气的反应生成一氧化碳和氢气要吸热，故喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；一氧化碳和氢气，在一定条件下合成甲醇，据此书写方程式；
（3）①依据分解反应过程和反应机理图示分析判断，中间产物为甲醛；
②据△H＞0吸热，△H＜0为放热分析；
（4）芳香烃X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10=8…10，可知分子式为C₈H₁₀，分子中含有一个苯环，为苯的同系物，核磁共振氢谱中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，应含有2个甲基且处于对位位置；
（5）脱硝率高，负载率低，适宜的温度；

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
将（①×2-②-③）×$\frac{1}{2}$得到反应C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g），则△H═（-393kJ•mol^-1×2+566kJ•mol^-1+484kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=+132 kJ•mol^-1
故答案为：C（s）+H₂O（g）=CO （g）+H₂（g）△H=+132 kJ•mol^-1
（2）根据（1）煤和水蒸气的反应生成一氧化碳和氢气要吸热，故喷入空气的目的是让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量，
一氧化碳和氢气在一定条件下合成甲醇的原理为：CO+2H₂CH₃OH，故答案为：让部分炭燃烧，提供炭与水蒸气反应所需要的热量；CO+2H₂CH₃OH
（3）①依据图示和分解反应过程，结合原子守恒可知，甲醇去氢后得到的是甲醛，化学式为HCHO，
故答案为：HCHO
②∵第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
∴第一步+第二步得：CH₃OH（g）═2H₂（g）+CO（g）△H＞0，故反应吸热，
故答案为：吸热
（4）芳香烃X的相对分子质量为l06，设其分子式为C_xH_y，由$\frac{106}{12}$=8…10=8…10，可知分子式为C₈H₁₀，分子中含有一个苯环，为苯的同系物，核磁共振氢谱中有2个峰，可知分子中含有2种环境的H，应含有2个甲基且处于对位位置，则X的结构简式为，
故答案为：
（5）满足脱硝率高，负载率低，适宜的温度，由图可知，适合条件为350℃左右，3%，
故答案为：350℃左右、3%

点评 本题主要考查了盖斯定律的应用、电极方程式及其化学方程式的书写、根据图象对平衡移动的判断等，重在培养学生能够利用化学知识提取题干的信息进行答题的能力，综合性强，难度较大．