Question

10．碳元素是形成物種最多的元素之一，其中許多物質(zhì)對(duì)人類來說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，它是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，同時(shí)也是世界上導(dǎo)電性最好的材料（結(jié)構(gòu)如圖1）．試預(yù)測它與下列物質(zhì)可能反應(yīng)的是ABC．
A．氧氣     B．單質(zhì)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(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=（a-b） kJ•mol^-1．
（3）檸檬酸（H₃Cit）是重要的三元有機(jī)酸，它的三種銨鹽均易溶于水，它們可通過H₃Cit與氨水反應(yīng)獲得，含碳各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與pH 的關(guān)系見圖2．
①為制取NH₄H₂Cit，pH應(yīng)控制在3.8～4.2；
②檸檬酸和一定量氨水反應(yīng)所得溶液的pH約為6.7時(shí)，該反應(yīng)的離子方程式為2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O．
（4）在25℃時(shí)，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(shù)式表示CH₃COOH的電離常數(shù)K_a=$\frac{10{\;}^{-7}×c}{b-c}$．

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)的相似性來回答；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，并書寫熱化學(xué)方程式；
（3）①根據(jù)圖示信息確定制取NH₄H₂Cit的pH范圍；
②根據(jù)圖示信息知道：檸檬酸和一定量氨水反應(yīng)所得溶液的pH約為6.7時(shí)，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(shù)K_a=$\frac{c（CH{\;}_{3}COO{\;}^{-}）c（H{\;}^{+}）}{c（CH{\;}_{3}COOH）}$以此計(jì)算．

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：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(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g），可以是①-②得到，所以該反應(yīng)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(jù)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(jù)圖示信息知道：檸檬酸和一定量氨水反應(yīng)所得溶液的pH約為6.7時(shí)，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等離子，所以反應(yīng)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(shù)式表示CH₃COOH的電離常數(shù)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(diǎn)評(píng) 本題涉及碳單質(zhì)的性質(zhì)、電化學(xué)、熱化學(xué)等方面的知識(shí)的考查，注意知識(shí)的歸納和梳理是關(guān)鍵，難度中等．