题目内容
7．天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其重要成分为甲烷．图1为以天然气为原料制备化工产品的工艺流程?
（1）CH4的空间构型为正四面体
（2）一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并能使氨水再生，写出氨水再生时的化学反应方程式2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件下\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓
（3）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）；△H=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）；△H=-23.5kJ•mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；△H=-41.3kJ•mol-1
则催化反应Ⅱ室的热化学方程式为3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.4kJ•mol-1
（4）在一定条件下，反应室Ⅲ（容积为VL）中充入amolCO与2amolH2，在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），CO的平衡转化率与温度?压强的关系如图2所示，则：①P1＜P2（填“＜”?“=”或“＞”）．
②在其它条件不变的情况下，反应室Ⅲ再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率增大（填“增大”?“减小”或“不变”）．
③在P1压强下，100℃时，反应：CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g）的平衡常数为$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$（用含a?V的代数式表示）?
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如图3的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4?铜电极表面的电极反应式CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O．
分析 （1）甲烷（CH4）分子中C原子的σ键电子对数为4，没有孤电子对，所以C原子为杂化sp3，据此确定空间构型；
（2）一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使氨水再生，则反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式；
（3）根据流程催化反应Ⅱ室为CO与H2在一定条件下，生成二甲醚和二氧化碳，
结合①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）；△H=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）；△H=-23.5kJ•mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）；△H=-41.3kJ•mol-1
由盖斯定律通过①×2+②+③得到；
（4）①采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P2的CO转化率高，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动．
②恒温恒容下，增加amolCO与2amolH2，CO与H2的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动；
③利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，代入平衡常数k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$计算；
（5）根据电子流向，铜电极为CO2得电子发生还原反应生成CH4．
解答 解：（1）甲烷（CH4）分子中C原子的σ键电子对数为4，没有孤电子对，所以C原子为杂化sp3，则CH4分子的空间构型为正四面体，故答案为：正四面体；
（2）一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使氨水再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为：2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件下\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓；故答案为：2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件下\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓；
（3）由流程催化反应Ⅱ室为CO与H2在一定条件下，生成二甲醚和二氧化碳，方程式为3H2+3CO?CH3OCH3+CO2，
又①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-23.5kJ•mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-41.3kJ•mol-1
由盖斯定律可知，①×2+②+③可得所求反应的热化学方程式，则3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-90.8kJ•mol-1×2-23.5kJ•mol-1-41.3kJ•mol-1=-246.4kJ•mol-1；
故答案为：3H2（g）+3CO（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.4kJ•mol-1；
（4）①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P2的CO转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P1＜P2，故答案为：＜；
②恒温恒容下，再增加a mol CO与2a mol H2，CO与H2的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，CO的转化率增大；故答案为：增大；
③利用三段式求出CO与H2在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，由图可知在P1压强下，100℃时，达平衡时CO的转化率为0.5，则 CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），
开始（mol/L）：$\frac{a}{V}$ 2 $\frac{a}{V}$ 0
变化（mol/L）：0.5$\frac{a}{V}$ $\frac{a}{V}$ 0.5$\frac{a}{V}$
平衡（mol/L）：0.5$\frac{a}{V}$ $\frac{a}{V}$ 0.5$\frac{a}{V}$
代入平衡常数k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.5\frac{a}{V}}{0.5\frac{a}{V}×\frac{a{\;}^{2}}{V{\;}^{2}}}$=$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$，反应的平衡常数为 $\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$，
故答案为：$\frac{V{\;}^{2}}{a{\;}^{2}}$；
（5）根据电子流向即图中反应物和生成物，铜电极为CO2得电子发生还原反应生成CH4，电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；故答案为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O．
点评 本题考查空间构型的判断、化学方程式的书写、盖斯定律、电化学原理及化学反应平衡移动、平衡常数等，难度中等，注意三段式解平衡计算题法的运用．
| A． | 通式相同的不同物质一定属于同系物 | |
| B． | 完全燃烧某有机物，生成CO2和H2O的物质的量之比为1：1，该有机物只可能是烯烃或环烷烃 | |
| C． | 分子式相同而结构不同的化合物一定互为同分异构体 | |
| D． | 符合通式CnH2n-2的有机物一定是炔烃 |
Ⅰ．（1）石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示其组成为CaO•3MgO•4SiO2．
（2）高分子材料可以分成无机高分子材料和有机高分子材料．[AlFe（OH）nCl6-n]m属于无机高分子材料，是一种新型高效净水剂，它广泛应用于生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为+3．
Ⅱ．高纯二氧化硅可用来制造光纤．某稻壳灰的成分如下表：
| 组分 | SiO2 | C | Na2O | K2O | Al2O3 | Fe2O3 |
| 质量分数/% | 59.20 | 38.80 | 0.25 | 0.50 | 0.64 | 0.61 |
请回答下列问题：
（1）根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物的种类最多有3类，其中SiO2为酸性氧化物（填氧化物的类别）
（2）滤渣A的成分有C和Fe2O3填化学式）
（3）步骤②洗涤沉淀的方法是向漏斗中加水至浸没沉淀，待水自然流下后，再重复2-3次
（4）步骤③反应的化学方程式为：H2SiO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiO2+H2O；实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、坩埚钳和三脚架．
在一体积固定为10L的密闭恒温容器中充入1.5mol氨气，发生反应：2NH3（g）?N2（g）+3H2（g）△H=93KJ/mol反应容器中NH3物质的量随时间的变化如图所示：| A． | 上述反应达到平衡后，其他的条件不变的情况下，只改变压强，平衡不移动 | |
| B． | 该反应的化学平衡常数为K=$\frac{c（C）{c}^{3}（D）{c}^{4}（E）}{c（A）c（B）}$ | |
| C． | E为气体 | |
| D． | 该反应的热化学方程式 2A（g）+B（g）?C（g）+3D（l）+4E（g）△H=-QkJ/mol |
| A． | 100mL 0.5 mol/L MgCl2溶液 | B． | 200mL 0.25 mol/L KCl溶液 | ||
| C． | 100mL 0.5 mol/L HCl溶液 | D． | 100mL 0.5 mol/L NaClO溶液 |