Question

7．碳元素是形成物種最多的元素之一，其中許多物質(zhì)對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)有著極其重要的作用．

（1）石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，它是世界上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，同時(shí)也是導(dǎo)電性最好的材料．下列物質(zhì)在一定條件下能與它反應(yīng)的是ABD（填字母）．
A．氧氣 B．單質(zhì)氟 C．氫氧化鈉溶液 D．濃硝酸
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206kJ•mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1
則CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+115kJ/mol．
（3）工業(yè)中用乙苯為原料，采用催化脫氫的方法制取苯乙烯的反應(yīng)方程式為：
C₆H₅．CH₂CH₃（g）?C₆H₅．CH=CH₂（g）+H₂（g）△H
向體積為VL 的密閉容器中充入a mol 乙苯，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，平衡體系組成（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）
與溫度的關(guān)系如圖1所示，在600℃時(shí)，平衡體系中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為25%，則：
①計(jì)算600℃溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)$\frac{a}{6V}$．
②分析上述平衡體系組成與溫度的關(guān)系圖1可知：△H1＞0（填“＞、=或＜”）．
（4）某科研組設(shè)計(jì)如圖2裝置，模擬“人工樹(shù)葉”電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，該裝置能將H₂O 和CO₂ 轉(zhuǎn)化為O₂ 和燃料（C₃H₈O）．該裝置工作時(shí)，a 電極的反應(yīng)為3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)碳單質(zhì)的性質(zhì)結(jié)合碳單質(zhì)和硅單質(zhì)性質(zhì)的相似性來(lái)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
根據(jù)蓋斯定律，），可以是①+②得到，據(jù)此計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，并書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
（3）①根據(jù)三行式求出平衡時(shí)各組的濃度，最后代入平衡常數(shù)表達(dá)式；
②由圖可知溫度升高，氫氣平衡的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在增加，所以平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
（4）a與電源負(fù)極相連，所以a是負(fù)極陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成C₃H₈O，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；

解答 解：（1）根據(jù)碳單質(zhì)的性質(zhì)可以和氧氣在點(diǎn)燃下反應(yīng)，可以和濃硝酸加熱下反應(yīng)，碳單質(zhì)可以和氟氣之間反應(yīng)，
故答案為：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
根據(jù)蓋斯定律，），可以是①+②得到，據(jù)此計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，并書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g））△H=+115kJ/mol
（3）①C₆H₅-CH₂CH₃（g）?C₆H₅-CH=CH₂g）+H₂（g）
起始濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{V}$          0           0
變化濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$             
平衡濃度/（ mol•L^-1）：$\frac{2a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$         $\frac{a}{3V}$  
K=$\frac{\frac{a}{3V}×\frac{a}{3V}}{\frac{2a}{3V}}$=$\frac{a}{6V}$，
故答案為：$\frac{a}{6V}$；          
②由圖可知溫度升高氫氣平衡的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在增加，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：＞；
（4）a與電源負(fù)極相連，所以a是負(fù)極陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，CO₂被還原生成C₃H₈O，電極反應(yīng)式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O，
故答案為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，電化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，以及三行式來(lái)求反應(yīng)的平衡常數(shù)，難度中等．