Question

10．碳元素是形成物種最多的元素之一，其中許多物質對人類來說有著極其重要的作用．
（1）石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，它是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，同時也是世界上導電性最好的材料（結構如圖1）．試預測它與下列物質可能反應的是ABC．
A．氧氣     B．單質氟     C．濃硝酸    D．氫氧化鈉溶液
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）=CO（g）+2H₂（g）△H=bkJ•mol^-1；
CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CH₃OH（g）和H₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=（a-b） kJ•mol^-1．
（3）檸檬酸（H₃Cit）是重要的三元有機酸，它的三種銨鹽均易溶于水，它們可通過H₃Cit與氨水反應獲得，含碳各物種的分布分數（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數）與pH 的關系見圖2．
①為制取NH₄H₂Cit，pH應控制在3.8～4.2；
②檸檬酸和一定量氨水反應所得溶液的pH約為6.7時，該反應的離子方程式為2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O．
（4）在25℃時，將b mol•L^-1的醋酸溶液與c mol•L^-1NaOH溶液等體積混合后溶液剛好呈中性，用含b、c的代數式表示CH₃COOH的電離常數K_a=$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$．

Answer 1

分析 （1）根據碳單質的性質結合碳單質和硅單質性質的相似性來回答；
（2）根據蓋斯定律來計算化學反應的焓變，并書寫熱化學方程式；
（3）①根據圖示信息確定制取NH₄H₂Cit的pH范圍；
②根據圖示信息知道：檸檬酸和一定量氨水反應所得溶液的pH約為6.7時，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等離子；
（4）呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=cmol/L，CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺電離常數K_a=$\frac{c（CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}）c（H{\;}^{+}）}{c（CH{\;}_{3}COOH）}$以此計算．

解答 解：（1）根據碳單質的性質可以和氧氣在點燃下反應，可以和濃硝酸加熱下反應，碳單質可以和氟氣之間反應，故答案為：ABC；
（2）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）△H=bkJ•mol^-1；
根據蓋斯定律，反應CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g），可以是①-②得到，所以該反應的△H=（a-b）kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=（a-b）kJ/mol；
（3）①根據圖示信息知道，H₂Cit^-存在的pH范圍大約在4左右，故答案為：3.8～4.2；
②根據圖示信息知道：檸檬酸和一定量氨水反應所得溶液的pH約為6.7時，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等離子，所以反應的離子方程式為2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O，故答案為：2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O；
（4）呈中性則c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=cmol/L，所以CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺用含b、c的代數式表示CH₃COOH的電離常數K_a=$\frac{c（CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}）c（H{\;}^{+}）}{c（CH{\;}_{3}COOH）}$=$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$，
故答案為：$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$．

點評 本題涉及碳單質的性質、電化學、熱化學等方面的知識的考查，注意知識的歸納和梳理是關鍵，難度中等．