Question

13．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）科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖1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”）．
（2）天然氣中的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$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓．
（3）天然氣的一個(gè)重要用途是制取H₂，其原理為：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）•c（C{H}_{4}）}$．
②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，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則壓強(qiáng)P_1＜P₂（填“＞”或“＜”）；壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)：v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①由電池裝置圖可知，Cu電極上二氧化碳得電子生成甲烷；
②由于氫氧化鈉不能提供質(zhì)子，應(yīng)選用硫酸；
（2）吸收液為氨水，產(chǎn)物為NH₄HS，吸收液再生，即反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒書寫化學(xué)方程式；
（3）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?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越��；壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)；

解答 解：（1）①由電池裝置圖可知，Cu電極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)，由于氫氧化鈉不能提供質(zhì)子，應(yīng)選用硫酸，所以選用硫酸，故答案為：硫酸；
（2）H₂S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH₄HS，吸收液為氨水，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，即反應(yīng)過程中生成一水合氨，依據(jù)原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式為：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2NH₄HS+O₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$2NH₃•H₂O+2S↓；
（3）①已知CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\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?yàn)轶w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(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)，所以v（正）大于v（逆）；
故答案為：＜；＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電極反應(yīng)方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．