Question

7．碳元素是形成物种最多的元素之一，其中许多物质对人类来说有着极其重要的作用．

（1）石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，同时也是导电性最好的材料．下列物质在一定条件下能与它反应的是ABD（填字母）．
A．氧气 B．单质氟 C．氢氧化钠溶液 D．浓硝酸
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ•mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1
则CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+115kJ/mol．
（3）工业中用乙苯为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯的反应方程式为：
C₆H₅．CH₂CH₃（g）?C₆H₅．CH=CH₂（g）+H₂（g）△H
向体积为VL 的密闭容器中充入a mol 乙苯，反应达到平衡状态时，平衡体系组成（物质的量分数）
与温度的关系如图1所示，在600℃时，平衡体系中苯乙烯的物质的量分数为25%，则：
①计算600℃温度下该反应的平衡常数$\frac{a}{6V}$．
②分析上述平衡体系组成与温度的关系图1可知：△H1＞0（填“＞、=或＜”）．
（4）某科研组设计如图2装置，模拟“人工树叶”电化学实验装置如图2所示，该装置能将H₂O 和CO₂ 转化为O₂ 和燃料（C₃H₈O）．该装置工作时，a 电极的反应为3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据碳单质的性质结合碳单质和硅单质性质的相似性来回答；
（2）已知）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ•mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1
根据盖斯定律，），可以是①+②得到，据此计算化学反应的焓变，并书写热化学方程式；CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
（3）①根据三行式求出平衡时各组的浓度，最后代入平衡常数表达式；
②由图可知温度升高，氢气平衡的物质量分数在增加，所以平衡正向移动，正反应为吸热反应；
（4）a与电源负极相连，所以a是负极阴极，发生还原反应，CO₂被还原生成C₃H₈O，根据电荷守恒和元素守恒书写电极反应式；

解答 解：（1）根据碳单质的性质可以和氧气在点燃下反应，可以和浓硝酸加热下反应，碳单质可以和氟气之间反应，
故答案为：ABD；
（2）已知：）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ•mol^-1
                 ②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1
根据盖斯定律，），可以是①+②得到，据此计算化学反应的焓变，并书写热化学方程式；CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
（3）①C₆H₅-CH₂CH₃（g）?C₆H₅-CH=CH₂g）+H₂（g）
起始浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{V}$          0           0
变化浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$             
平衡浓度/（ mol•L^-1）：$\frac{2a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$  
K=$\frac{\frac{a}{3V}×\frac{a}{3V}}{\frac{2a}{3V}}$=$\frac{a}{6V}$，
故答案为：$\frac{a}{6V}$；          
②由图可知温度升高氢气平衡的物质量分数在增加，平衡正向移动，正反应为吸热反应，
故答案为：＞；
（4）a与电源负极相连，所以a是负极阴极，发生还原反应，CO₂被还原生成C₃H₈O，电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O，
故答案为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O．

点评 本题考盖斯定律的应用，化学平衡常数的计算，电化学的相关知识，以及三行式来求反应的平衡常数，难度中等．