Question

17．碳是形成物种最多的元素之一，许多含碳物质对人类极其重要．
（1）石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，结构如图所示．则12g石墨烯中含有0.5N_A个6元环．
（2）工业上利用甲烷和氧气直接氧化制取甲醇的反应如下：
CH₄+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.5kJ/mol
副反应有：
CH₄（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H=a kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂O（g）△H=b kJ/mol
CH₄（g）+O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g）△H=c kJ/mol
①若要有利于甲醇的生成，除了改变温度外，还可以采取的两种措施是增大压强、选用合适的催化剂；
②甲醇与氧气反应生成HCHO（g）和水蒸汽的热化学方程式为CH₃OH（g）+1/2O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g）△H=（c+128.5）KJ•L^-1．
（3）苯乙烷（C₈H₁₀）生产苯乙烯（C₈H₈）的反应：C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）△H＞0．T₁℃下，将0.40mol苯乙烷充入2L密闭容器中反应，不同时间容器内n（C₈H₁₀）如下表：

时间/min	0	10	20	30
n（C8H10）/mol	0.40	0.30	0.26	n2

①当反应进行到30min时恰好到达平衡，则n₂取值的最小范围是0.22＜n＜0.26；
②改变温度为T₂℃，其他条件不变，测得平衡时容器内气体压强为反应前的1.4倍，则此时苯乙烷的转化率为40%．
（4）用惰性电极电解葡萄糖和硫酸钠混合溶，可以制得葡萄糖酸[CH₂OH（CHOH）₄COOH]和己六醇[CH₂OH（CHOH）₄CH₂OH]．葡萄糖酸在阳极生成，对应的电极反应式CH₂OH（CHOH）₄CHO+H₂O-2e^-═CH₂OH（CHOH）₄COOH+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）每个六元环中含有C原子个数=$\frac{1}{3}$×6=2，则六元环物质的量=$\frac{12g}{12g/mol×2}$=0.5mol，六元环个数=nN_A；
（2）①可以从加快化学反应速率和平衡移动的角度分析解答；
②根据盖斯定律分析求解；
（3）①平衡时的量比20min的量小，但变化量小于10min-20min，所以0.22＜n＜0.26；
②根据三行式求变化量；
（4）葡萄糖到葡萄糖酸[CH₂OH（CHOH）₄COOH]发生氧化反应，所以在阳极产生，电极反应式为：CH₂OH（CHOH）₄CHO+H₂O-2e^-═CH₂OH（CHOH）₄COOH+2H⁺．

解答 解：（1）每个六元环中含有C原子个数=$\frac{1}{3}$×6=2，则六元环物质的量=$\frac{12g}{12g/mol×2}$=0.5mol，六元环个数=nN_A=0.5mol×N_A/mol=0.5N_A，
故答案为：0.5N_A；
（2）①CH₄+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.5kJ/mol，正反应是气体体积减少的反应，所以可以通增大压强、选用合适的催化剂，
故答案为：增大压强、选用合适的催化剂；
②由CH₄+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.5kJ/mol…Ⅰ，
CH₄（g）+O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g）△H=c kJ/mol…Ⅱ，
目标反应CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g），得Ⅱ-Ⅰ得：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g）△H=（c+128.5）kJ•L^-1，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）→HCHO（g）+H₂O（g）△H=（c+128.5）kJ•L^-1； 
（3）①平衡时的量比20min的量小，但变化量小于10min-20min，所以0.22＜n＜0.26，
故答案为：0.22＜n＜0.26；
②C₈H₁₀（g）?C₈H₈（g）+H₂（g）
开始 0.40mol     0                0
变化   x             x               x
平衡0.40mol-x    x               x
所以：$\frac{0.4+x}{0.4}$=1.4，解之得：x=0.16，所以苯乙烷的转化率为$\frac{0.16}{0.4}$×100%=40%，
故答案为：40%；
（4）葡萄糖到葡萄糖酸[CH₂OH（CHOH）₄COOH]发生氧化反应，所以在阳极产生，电极反应式为：CH₂OH（CHOH）₄CHO+H₂O-2e^-═CH₂OH（CHOH）₄COOH+2H⁺；
故答案为：阳；CH₂OH（CHOH）₄CHO+H₂O-2e^-═CH₂OH（CHOH）₄COOH+2H⁺．

点评 本题考查外界条件对化学平衡的影响、盖斯定律、化学平衡计算及电极反应式的书写，综合性强，侧重考查学生分析计算能力，难点是电极反应式的书写，注意利用均摊分计算（1）中每个六元环中C原子个数，题目难度不大．