Question

【题目】(1) 已知: CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1 = akJ/mol；

CO(g) + H2O (g)=CO2(g) + H2 (g) △H2 = bkJ/mol；

2CO(g) + O2(g)= 2CO2(g) △H3 = ckJ/mol；

反应CO2(g)+ CH4(g)=2CO(g) + 2H2(g) 的△H = _____kJ/mol；

(2) 科学家用氮化镓材料与铜组装如图10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_____________。

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_______ (选填“盐酸”或“硫酸”)。

(3) 天然气中的H2S 杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式___________。

(4) 将甲烷和硫反应可以制备CS2，其流程如图11所示:

①写出发生反应1的化学反应方程式___________。

②反应1产生两种含硫的物质，为了提高CS2的产率，设计反应2和3实现硫单质循环利用，实验时需对反应1出来的气体分流，则进入反应2 和反应3 的气体物质的量之比为___________。

③当反应1中每有1molCS2生成时，反应2中需要消耗O2的物质的量为___________。

Answer 1

【答案】 a+2b-2c CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 硫酸 2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O CH4+4S=CS2+2H2S 1:2 1mol

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，电极反应式的书写，指定情境下方程式的书写，含S化合物之间的转化，物质的量应用于化学方程式的计算。

（1）将反应编号，CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=akJ/mol（①式）

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H2=bkJ/mol（②式）

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H3=ckJ/mol（③式）

应用盖斯定律，将①式+②式2-③式2，得CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=（a+2b-2c）kJ/mol。

（2）①根据装置图中电子的流向和物质的流向，Cu电极表面上CO2得电子被还原成CH4，CO2中C元素的化合价为+4价，CH4中C元素的化合价为-4价，1molCO2得8mol电子生成1molCH4，结合质子交换膜，Cu电极表面的电极反应式为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。

②GaN材料上的电极反应式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O。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，不能加入盐酸，若加入盐酸，放电能力：Cl-OH-，GaN表面Cl-优先放电产生Cl2。

（3）根据题意，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，即NH4HS溶液与空气作用生成S和氨水，再生反应的化学方程式为：2NH4HS+O2=2S↓+2NH3·H2O。

（4）由流程知，反应1的反应物为CH4和S，反应1产生两种含硫的物质，生成物为CS2和H2S；生成的H2S一部分与过量O2作用发生反应2生成SO2，反应2生成的SO2与另一部分H2S发生反应3生成S，S循环利用。

①反应1的化学方程式为：CH4+4S=CS2+2H2S。

②反应2的化学方程式为：2H2S+3O2=2SO2+2H2O；反应3的化学方程式为：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；为了充分利用S，进入反应2和反应3的气体物质的量之比为1:2。

③根据反应，反应1中每有1molCS2生成，同时生成2molH2S，2molH2S中进入反应2的为2mol=mol，则反应2消耗的O2为n（H2S）=1mol。