Question

17．天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料．
（1）天然氣的主要成分為CH₄（含H₂S、CO₂、N₂等雜質(zhì)）．用氨水作吸收液可處理H₂S雜質(zhì)，流程如下：

①寫(xiě)出NH₃的電子式．
②寫(xiě)出吸收液再生的化學(xué)方程式2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓．
（2）用CH₄還原氮氧化物可消除氮氧化物的污染．
已知：

寫(xiě)出CH₄還原NO的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ•mol^-1．
（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）
在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為1mol/L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1所示．
①壓強(qiáng)P₁小于P₂（填“大于”或“小于”），理由該反應(yīng)減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，由圖可知，溫度一定時(shí)，P₁點(diǎn)CH₄的轉(zhuǎn)化率較大，所以P₁＜P₂．
②計(jì)算1050℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)81．
（4）圖2是CO₂電催化還原為CH₄的工作原理示意圖

寫(xiě)出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①NH₃屬于共價(jià)化合物，不存在離子鍵，分子中存在3對(duì)共用電子對(duì)，氮原子最外層為8個(gè)電子；
②吸收液再生的反應(yīng)為NH₄HS和氧氣反應(yīng)生成硫單質(zhì)和一水合氨，結(jié)合原子守恒和電子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（2）由圖象分別寫(xiě)出熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的熱化學(xué)方程式；
（3）CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，
①溫度一定，圖象分析可知P₁，P₂壓強(qiáng)下甲烷轉(zhuǎn)化率P₁大，說(shuō)明P₁＜P₂；
②圖中1050°C時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化率75%，計(jì)算此時(shí)的平衡濃度，1050℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）依據(jù)氫離子移向判斷銅電極為陰極，二氧化碳得到電子生成甲烷，鉑電極為陽(yáng)極，氫氧根離子失電子生成氧氣．

解答 解：（1）①NH₃屬于共價(jià)化合物，不存在離子鍵，分子中存在3對(duì)共用電子對(duì)，氮原子最外層為8個(gè)電子，氨氣的電子式為，
故答案為：；
②吸收液再生的反應(yīng)為NH₄HS和氧氣反應(yīng)生成硫單質(zhì)和一水合氨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓；
（2）①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂ （g）+2H₂O（l）△H=-890.3KJ/mol，
②N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180KJ/mol
蓋斯定律計(jì)算①-②×2得到CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂ （g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ•mol^-1 ，
故答案為：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂ （g）+2H₂O（l）△H=-1250.3kJ•mol^-1 ；
（3）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，該反應(yīng)減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，由圖可知，溫度一定時(shí)，P₁點(diǎn)CH₄的轉(zhuǎn)化率較大，P₁＜P₂，
故答案為：小于，該反應(yīng)減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，由圖可知，溫度一定時(shí)，P₁點(diǎn)CH₄的轉(zhuǎn)化率較大，所以P₁＜P₂；
②圖中1050°C時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化率75%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算，
                            CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始量（mol/L）    1                 1                 0              0
變化量（mol/L）   0.75             0.75            1.5             1.5
平衡量（mol/L）  0.25              0.25             1.5            1.5
K=$\frac{1．{5}^{2}×1．{5}^{2}}{0.25×0.25}$=81，
故答案為：81；
（4）依據(jù)氫離子移向判斷銅電極為陰極，二氧化碳得到電子生成甲烷，鉑電極為陽(yáng)極，氫氧根離子失電子生成氧氣，銅電極上方山的電極反應(yīng)為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，圖象分析、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．