Question

10．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，它是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，同时也是世界上导电性最好的材料（结构如图1）．试预测它与下列物质可能反应的是ABC．
A．氧气     B．单质氟     C．浓硝酸    D．氢氧化钠溶液
（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）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=（a-b） kJ•mol^-1．
（3）柠檬酸（H₃Cit）是重要的三元有机酸，它的三种铵盐均易溶于水，它们可通过H₃Cit与氨水反应获得，含碳各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与pH 的关系见图2．
①为制取NH₄H₂Cit，pH应控制在3.8～4.2；
②柠檬酸和一定量氨水反应所得溶液的pH约为6.7时，该反应的离子方程式为2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O．
（4）在25℃时，将b mol•L^-1的醋酸溶液与c mol•L^-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，用含b、c的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a=$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$．

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）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变，并书写热化学方程式；
（3）①根据图示信息确定制取NH₄H₂Cit的pH范围；
②根据图示信息知道：柠檬酸和一定量氨水反应所得溶液的pH约为6.7时，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等离子；
（4）呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=cmol/L，CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺电离常数K_a=$\frac{c（CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}）c（H{\;}^{+}）}{c（CH{\;}_{3}COOH）}$以此计算．

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：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；
根据盖斯定律，反应CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g），可以是①-②得到，所以该反应的△H=（a-b）kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=（a-b）kJ/mol；
（3）①根据图示信息知道，H₂Cit^-存在的pH范围大约在4左右，故答案为：3.8～4.2；
②根据图示信息知道：柠檬酸和一定量氨水反应所得溶液的pH约为6.7时，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等离子，所以反应的离子方程式为2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O，故答案为：2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O；
（4）呈中性则c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，c（Na⁺）=c（CH₃COO^-）=cmol/L，所以CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺用含b、c的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a=$\frac{c（CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}）c（H{\;}^{+}）}{c（CH{\;}_{3}COOH）}$=$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$，
故答案为：$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$．

点评 本题涉及碳单质的性质、电化学、热化学等方面的知识的考查，注意知识的归纳和梳理是关键，难度中等．