Question

10．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=+132kJ•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+2H₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CH₃OH．
（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
则以甲醇制一氧化碳的反应为吸热反应（填“吸热”、“放热”）．
（4）科学家用氮化镓材料与铜组装如图1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．
①写出铜电极表面的电极反应式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量硫酸（选填“氢氧化钠”或“硫酸”）．
（5）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，其核磁共振氢谱如图2，则X的结构简式为．

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）根据盖斯定律甲醇制一氧化碳的反应热是△H_第一步+△H_第二步；
（4）①由电池装置图可知，Cu电极上二氧化碳得电子生成甲烷；
②由于氢氧化钠不能提供质子，应选用硫酸；
（5）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，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．

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+2H₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CH₃OH；
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+2H₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CH₃OH；
（3）由第一步：2CH₃OH（g）═HCOOCH₃（g）+2H₂（g）△H＞0
第二步：HCOOCH₃（g）═CH₃OH（g）+CO（g）△H＞0
；根据盖斯定律甲醇制一氧化碳的反应热是△H_第一步+△H_第二步＞0，所以是吸热反应，故答案为：吸热；
（4）①由电池装置图可知，Cu电极上二氧化碳得电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，故答案为：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②可向装置中加入少量的酸作电解质，由于氢氧化钠不能提供质子，应选用硫酸，所以选用硫酸，
故答案为：硫酸；
（5）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，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：．

点评 本题考查盖斯定律的应用、原电池原理、有机物结构的确定等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．