Question

20．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(lái)說(shuō)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)見圖1）．
試預(yù)測(cè)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．
（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(guò)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)控制在大約4 或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或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”．
（4）另一含碳化合物，其分子式為C₃H₆S₂O，它是一種重要醫(yī)藥中間體，它的核磁共振氫譜見圖3．則它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為．
（5）某科研組設(shè)計(jì)見圖4裝置，利用電解乙醇和氫氧化鈉制取乙醇鈉（陽(yáng)離子交換膜只允許Na⁺通過(guò)）．電解時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)成的氣體是O₂，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）碳和硅屬于同族元素，兩者性質(zhì)相似，硅能和氧氣、氟氣、堿反應(yīng)；
（2）先構(gòu)建目標(biāo)方程式，根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，并書寫熱化學(xué)方程式；
（3）①制取NH₄H₂Cit的pH，可根據(jù)圖示信息確定pH范圍；
②溶液的pH約為6.7時(shí)，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等離子，據(jù)此結(jié)合電荷守恒、原子守恒書寫離子方程式；
（4）另一含碳化合物，其分子式為C₃H₆S₂O，根據(jù)核磁共振氫譜圖知道該物質(zhì)中含有一種類型的氫原子，完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，據(jù)此書寫它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式；
（5）在電解池的陽(yáng)極上是陰離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的過(guò)程，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)的過(guò)程．

解答 解：（1）硅能和氧氣、氟氣、堿反應(yīng)，碳和硅屬于同族元素，兩者性質(zhì)相似，所以碳單質(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)，符合條件的為ABC，
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，熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△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，大約4 或3.8～4.2，
故答案為：大約4 或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或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”，
故答案為：2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”；

（4）根據(jù)核磁共振氫譜圖知道該物質(zhì)中含有一種類型的氫原子，具有完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：（CH₃S）₂CO，即，
故答案為：；
（5）電解乙醇和氫氧化鈉制取乙醇鈉（陽(yáng)離子交換膜只允許Na⁺通過(guò)），電解時(shí)陽(yáng)極是氫氧離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的過(guò)程，產(chǎn)生氧氣，陰極上是乙醇中的羥基氫原子得電子的還原反應(yīng)，即2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑，
故答案為：O₂；2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑．

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，題目難度中等．