Question

8．蘊(yùn)藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀像冰的甲烷水合物固體．根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)回答下列問題：
（1）碳元素在周期表中的位置是第二周期ⅣA族，甲烷是其簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物，與水比較不穩(wěn)定的是甲烷（或CH₄）；已知1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放熱55.6kJ•mol^-1，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ•mol^-1．
（2）碳有多種同素異形體，C₆₀所屬的晶體類型為分子晶體；金剛石熔化時(shí)破壞的作用力是共價(jià)鍵；
金剛石、石墨的能量關(guān)系如圖所示，則等質(zhì)量的金剛石和石墨完全燃燒金剛石（填“金剛石”或“石墨”）放出熱量更多，寫出石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)方程式C（s，石墨）=C（s，金剛石）△H=+1.9kJ•mol^-1．
（3）工業(yè)上常利用甲烷制氫氣，反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+160kJ•mol^-1；現(xiàn)向容積為2L的密閉容器中分別通入2mol的甲烷和水蒸氣，4s時(shí)測(cè)得氫氣的反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1．s^-1，則4s時(shí)剩余的甲烷的濃度為0.6mol/L，反應(yīng)吸收（填“放出”或“吸收”）熱量；上述反應(yīng)可以通過電解池來實(shí)現(xiàn)，電解液為硫酸鈉溶液，電解過程能量的轉(zhuǎn)化形式為電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)碳原子的電子層數(shù)、最外層電子數(shù)確定碳元素在周期表中的位置；非金屬性越強(qiáng)，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定；計(jì)算1mol甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放熱量，熱化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)代表物質(zhì)的量；
（2）C₆₀由分子構(gòu)成，金剛石為原子構(gòu)成的原子晶體，只含共價(jià)鍵；由圖可知，等物質(zhì)的量時(shí)，金剛石的能量比石墨的高；
（3）容積為2L的密閉容器中分別通入2mol的甲烷和水蒸氣，4s時(shí)測(cè)得氫氣的反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1．s^-1，可知生成氫氣為0.3mol•L^-1．s^-1×4s=1.2mol/L，由反應(yīng)可知轉(zhuǎn)化的甲烷為1.2mol/L×$\frac{1}{3}$=0.4mol/L，焓變?yōu)檎�；電解時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，以此來解答．

解答 解：（1）C是兩個(gè)電子層，最外層4個(gè)電子，所以在元素周期表中的位置為第二周期ⅣA族；
非金屬性越強(qiáng)，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性O(shè)＞C，所以氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性CH₄＜H₂O；
1g甲烷完全燃燒生成液態(tài)水時(shí)放熱55.6kJ•mol^-1，由物質(zhì)的量與熱量成正比、焓變?yōu)樨?fù)，可知熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6 kJ•mol^-1，
故答案為：第二周期ⅣA族；甲烷（或CH₄）；CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6 kJ•mol^-1；
（2）C₆₀由分子構(gòu)成，C₆₀所屬的晶體類型為分子晶體；金剛石熔化時(shí)破壞的作用力是共價(jià)鍵；由金剛石、石墨的能量關(guān)系圖可知，等物質(zhì)的量時(shí)，金剛石的能量比石墨的高，則等質(zhì)量的金剛石和石墨完全燃燒，產(chǎn)物相同，金剛石放出熱量更多，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)方程式為C（s，石墨）=C（s，金剛石）△H=（-110.5kJ/mol-283kJ/mol）-（-395.4kJ/mol）=+1.9 kJ•mol^-1，
故答案為：分子晶體；共價(jià)鍵；金剛石； C（s，石墨）=C（s，金剛石）△H=+1.9 kJ•mol^-1；
（3）容積為2L的密閉容器中分別通入2mol的甲烷和水蒸氣，4s時(shí)測(cè)得氫氣的反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1．s^-1，可知生成氫氣為0.3mol•L^-1．s^-1×4s=1.2mol/L，由反應(yīng)可知轉(zhuǎn)化的甲烷為1.2mol/L×$\frac{1}{3}$=0.4mol/L，4s時(shí)剩余的甲烷的濃度為1mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L；焓變?yōu)檎�，該反�?yīng)發(fā)生時(shí)吸收能量；電解時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，
故答案為：0.6mol•L^-1，吸收； 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及反應(yīng)熱計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握?qǐng)D中能量變化、反應(yīng)中能量變化、化學(xué)平衡計(jì)算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大．