(14分)科学家一直致力于研究常温、常压下人工固氮的新方法。-优题课

科学家正在研究温室气体 $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 的转化和利用。
（1） $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 所含的三种元素电负性从小到大的顺序为。
（2）下列关于 $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 的说法正确的是(填序号)。
a．固态 $C O_{2}$ 属于分子晶体
b． $C H_{4}$ 分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以 $C H_{4}$ 熔点低于 $C O_{2}$

d． $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 分子中碳原子的杂化类型分别是 $s p^{3}$ 和 $s p$

（3）在 $N i$ 基催化剂作用下， $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 反应可获得化工原料 $C O$ 和 $H_{2}$ .
①基态 $N i$ 原子的电子排布式为，该元素位于元素周期表的第族。
② $N i$ 能与 $C O$ 形成正四面体形的配合物 $N i (C O)_{4}$ ,1 $m o l N i (C O)_{4}$ 中含有 $m o l σ$ 键。
（4）一定条件下， $C H_{4}$ 和 $C O_{2}$ 都能与 $H_{2} O$ 形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。 $C H_{4}$ 与 $H_{2} O$ 形成的水合物俗称"可燃冰"。

①"可燃冰"中分子间存在的2种作用力是。
②为开采深海海底的"可燃冰"，有科学家提出用 $C O_{2}$ 置换 $C H_{4}$ 的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 $n m$ ，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是。

$C, N, O, A l, S i, C u$ 是常见的六种元素。
（1） $S i$ 位于元素周期表第周期第族。
（2） $N$ 的基态原子核外电子排布式为； $C u$ 的基态原子最外层有个电子。
（3）用">"或"<"填空：

原子半径	电负性	熔点	沸点
$A l$ $S i$	$N$ $O$	金刚石晶体硅	_{$C H_{4}$ $S i H_{4}$}

（4）常温下，将除去表面氧化膜的 $A l$ 、 $C u$ 片插入浓 $H N O_{3}$ 中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（ $I$ ）随时间（ $t$ ）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

0- $t_{1}$ 时，原电池的负极是 $A l$ 片，此时，正极的电极反应式是,溶液中的 $H^{+}$ 向极移动， $t_{1}$ 时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是。

(15分)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

（1）已知：

化学键	$C － H$	$C － C$	$C ＝ C$	$H － H$
键能/ $k J \cdot m o l^{ˉ 1}$	412	348	612	436

计算上述反应的 $△ H$ ＝ $k J \cdot m o l^{ˉ 1}$ 。
（2）维持体系总压强 $p$ 恒定，在温度 $T$ 时，物质的量为 $n$ 、体积为 $V$ 的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为 $α$ ，则在该温度下反应的平衡常数 $K$ ＝(用 $α$ 等符号表示)。
（3）工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1︰9)，控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了 $H_{2}$ 以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下：

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实。
②控制反应温度为600℃的理由是。
（4）某研究机构用 $C O_{2}$ 代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺--乙苯－二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸汽工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应： $C O_{2} ＋ H_{2} ＝ C O ＋ H_{2} O$ ， $C O_{2} ＋ C ＝ 2 C O$ 。新工艺的特点有(填编号)。
① $C O_{2}$ 与 $H_{2}$ 反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
② 不用高温水蒸气，可降低能量消耗
③ 有利于减少积炭
④ 有利于 $C O_{2}$ 资源利用

Ⅰ.请回答：
（1） $H_{2} O_{2}$ 的电子式。
（2）镁燃烧不能用 $C O_{2}$ 灭火，用化学方程式表示其理由。
（3）在 $A g C l$ 沉淀中加入KBr溶液，白色沉淀转化为淡黄色沉淀，写出反应的离子方程式。
（4）完成以下氧化还原反应的离子方程式：
(___) $M n {O_{4}}^{－}$ ＋(___) $C_{2} {O_{4}}^{2 －}$ +____＝(___) $M n^{2 +}$ ＋(___) $C O_{2}$ ↑＋ $8 H_{2} O$

Ⅱ．化合物甲和 $N a A l H_{4}$ 都是重要的还原剂。一定条件下金属钠和 $H_{2}$ 反应生成甲。甲与水反应可产生 $H_{2}$ ，甲与 $A l C l_{3}$ 反应可得到 $N a A l H_{4}$ 。将4.80g甲加热至完全分解，得到金属钠和2.24 L(已折算成标准状况)的 $H_{2}$ 。
请推测并回答：
（1）甲的化学式。
（2）甲与 $A l C l_{3}$ 反应得到 $N a A l H_{4}$ 的化学方程式。
（3） $N a A l H_{4}$ 与水发生氧化还原反应的化学方程式。
（4）甲在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的成分表示为 $F e_{2} O_{3}$ )，脱锈过程发生反应的化学方程式。
（5）某同学认为：用惰性气体赶尽反应体系中的空气，将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥，再与金属钠反应，得到固体物质即为纯净的甲；取该固体物质与水反应，若能产生 $H_{2}$ ，即可证明得到的甲一定是纯净的。
判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由。

化合物 $X$ 是一种香料，可采用乙烯与甲苯为主要原料，按下列路线合成：

已知： $R X$ $R O H$ ； $R C H O$ ＋ $C_{3} C O O R$ $R C H ＝ C H C O O R$
请回答：
（1） $E$ 中官能团的名称是。
（2） $B ＋ D \to F$ 的化学方程式。
（3） $X$ 的结构简式。
（4）对于化合物 $X$ ，下列说法正确的是。

A．	能发生水解反应	B．	不与浓硝酸发生取代反应
C．	能使 $B r_{2} / C C l_{4}$ 溶液褪色	D．	能发生银镜反应

（5）下列化合物中属于F的同分异构体的是

。

T／K	303	313	323	353
NH₃生成量/(10^-6mol)	4.8	5.9	6.0	2.0