Question

8．蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体．根据你所学的知识回答下列问题：
（1）碳元素在周期表中的位置是第二周期ⅣA族，甲烷是其简单气态氢化物，与水比较不稳定的是甲烷（或CH₄）；已知1g甲烷完全燃烧生成液态水时放热55.6kJ•mol^-1，写出该反应的热化学方程式CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6kJ•mol^-1．
（2）碳有多种同素异形体，C₆₀所属的晶体类型为分子晶体；金刚石熔化时破坏的作用力是共价键；
金刚石、石墨的能量关系如图所示，则等质量的金刚石和石墨完全燃烧金刚石（填“金刚石”或“石墨”）放出热量更多，写出石墨转化为金刚石的热化学方程式C（s，石墨）=C（s，金刚石）△H=+1.9kJ•mol^-1．
（3）工业上常利用甲烷制氢气，反应方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+160kJ•mol^-1；现向容积为2L的密闭容器中分别通入2mol的甲烷和水蒸气，4s时测得氢气的反应速率为0.3mol•L^-1．s^-1，则4s时剩余的甲烷的浓度为0.6mol/L，反应吸收（填“放出”或“吸收”）热量；上述反应可以通过电解池来实现，电解液为硫酸钠溶液，电解过程能量的转化形式为电能转化为化学能．

Answer 1

分析 （1）根据碳原子的电子层数、最外层电子数确定碳元素在周期表中的位置；非金属性越强，气态氢化物越稳定；计算1mol甲烷完全燃烧生成液态水时放热量，热化学方程式中化学计量数代表物质的量；
（2）C₆₀由分子构成，金刚石为原子构成的原子晶体，只含共价键；由图可知，等物质的量时，金刚石的能量比石墨的高；
（3）容积为2L的密闭容器中分别通入2mol的甲烷和水蒸气，4s时测得氢气的反应速率为0.3mol•L^-1．s^-1，可知生成氢气为0.3mol•L^-1．s^-1×4s=1.2mol/L，由反应可知转化的甲烷为1.2mol/L×$\frac{1}{3}$=0.4mol/L，焓变为正；电解时电能转化为化学能，以此来解答．

解答 解：（1）C是两个电子层，最外层4个电子，所以在元素周期表中的位置为第二周期ⅣA族；
非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性O＞C，所以气态氢化物的稳定性CH₄＜H₂O；
1g甲烷完全燃烧生成液态水时放热55.6kJ•mol^-1，由物质的量与热量成正比、焓变为负，可知热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-889.6 kJ•mol^-1，
故答案为：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由分子构成，C₆₀所属的晶体类型为分子晶体；金刚石熔化时破坏的作用力是共价键；由金刚石、石墨的能量关系图可知，等物质的量时，金刚石的能量比石墨的高，则等质量的金刚石和石墨完全燃烧，产物相同，金刚石放出热量更多，石墨转化为金刚石的热化学方程式为C（s，石墨）=C（s，金刚石）△H=（-110.5kJ/mol-283kJ/mol）-（-395.4kJ/mol）=+1.9 kJ•mol^-1，
故答案为：分子晶体；共价键；金刚石； C（s，石墨）=C（s，金刚石）△H=+1.9 kJ•mol^-1；
（3）容积为2L的密闭容器中分别通入2mol的甲烷和水蒸气，4s时测得氢气的反应速率为0.3mol•L^-1．s^-1，可知生成氢气为0.3mol•L^-1．s^-1×4s=1.2mol/L，由反应可知转化的甲烷为1.2mol/L×$\frac{1}{3}$=0.4mol/L，4s时剩余的甲烷的浓度为1mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L；焓变为正，该反应发生时吸收能量；电解时电能转化为化学能，
故答案为：0.6mol•L^-1，吸收； 电能转化为化学能．

点评 本题考查化学平衡计算及反应热计算，为高频考点，把握图中能量变化、反应中能量变化、化学平衡计算为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度不大．