Question

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（結構見圖1）．試預測它與下列物質可能反應的是

 

   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

 

．
（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(shù)（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù)）與pH的關系見圖2． 
①為制取NH₄H₂Cit，pH應控制在

 

；
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

 

．
（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．則它的結構簡式為

 

．
（5）某科研組設計見圖4裝置，利用電解乙醇和氫氧化鈉制取乙醇鈉（陽離子交換膜只允許Na⁺通過）．電解時陽極產(chǎn)成的氣體是

 

，陰極發(fā)生的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,pH的簡單計算,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,電離平衡與溶液的pH專題,電化學專題

分析：（1）根據(jù)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(jù)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(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所得溶液的pH約為6.7時，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等離子；
（4）根據(jù)核磁共振氫譜圖知道該物質中含有一種類型的氫原子，完全對稱結構；
（5）在電解池的陽極上是陰離子失電子發(fā)生氧化反應的過程，陰極上得電子發(fā)生還原反應的過程．

解答： 解：（1）根據(jù)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(jù)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(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）根據(jù)核磁共振氫譜圖知道該物質中含有一種類型的氫原子，具有完全對稱結構，為：（CH₃S）₂CO，故答案為：（CH₃S）₂CO；
（5）電解乙醇和氫氧化鈉制取乙醇鈉（陽離子交換膜只允許Na⁺通過），電解時陽極是氫氧離子失電子發(fā)生氧化反應的過程，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，即2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑，故答案為：O₂；2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑．

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．