Question

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         ，甲烷是其简单气态氢化物，与水比较不稳定的是            ；

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            。

（2）碳有多种同素异形体，C₆₀所属的晶体类型为          ；金刚石熔化时破坏的作用力是         ；

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        (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            。

（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) ΔH=+160 kJ·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            ，反应           （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        。

Answer

（1）第二周期ⅣA族，甲烷（或CH4）；CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1。

（2）分子晶体；共价键；金刚石(填“金刚石”或“石墨”)，C(s，石墨)=C(s，金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1。

（3） 0.6mol·L－1 ， 吸收 ；电能转化为化学能

【解析】

试题分析：（1）碳元素原子有2个电子层，最外层有4个电子，再第二周期ⅣA族，因为碳元素的非金属性比氧弱，所以甲烷的稳定性比水弱。1克甲烷燃烧放出的热量为55.6kJ,则1摩尔甲烷燃烧放出的热量为55.6×16=889.6kJ，故热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-889.6 kJ·mol-1。 （2）C60为分子晶体；金刚石中存在碳原子之间的共价键；从图分析，金刚石的能量高，所以等质量的金刚石和石墨燃烧时金刚石放出的热量多。从图分析，石墨变成金刚石吸收1.9kJ的热量，故热化学方程式为：C(s，石墨)=C(s，金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1。

（3）根据方程式分析，4s氢气的浓度改变量为0.3×4=1.2mol/L，则甲烷的浓度改变量为0.4mol/L，剩余的甲烷的浓度为2/2-0.4=0.6mol·L－1 ，从热化学方程式分析，反应吸收热量。电解池是将电能转化为化学能。

考点：热化学方程式的书写，电解池中的能量转化