Question

20．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（结构见图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．
（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应控制在大约4 或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或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”．
（4）另一含碳化合物，其分子式为C₃H₆S₂O，它是一种重要医药中间体，它的核磁共振氢谱见图3．则它的结构简式为．
（5）某科研组设计见图4装置，利用电解乙醇和氢氧化钠制取乙醇钠（阳离子交换膜只允许Na⁺通过）．电解时阳极产成的气体是O₂，阴极发生的电极反应式为2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）碳和硅属于同族元素，两者性质相似，硅能和氧气、氟气、碱反应；
（2）先构建目标方程式，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制取NH₄H₂Cit的pH，可根据图示信息确定pH范围；
②溶液的pH约为6.7时，溶液中存在HCit^2-、Cit^3-等离子，据此结合电荷守恒、原子守恒书写离子方程式；
（4）另一含碳化合物，其分子式为C₃H₆S₂O，根据核磁共振氢谱图知道该物质中含有一种类型的氢原子，完全对称结构，据此书写它的结构简式；
（5）在电解池的阳极上是阴离子失电子发生氧化反应的过程，阴极上得电子发生还原反应的过程．

解答 解：（1）硅能和氧气、氟气、碱反应，碳和硅属于同族元素，两者性质相似，所以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，符合条件的为ABC，
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，热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△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，大约4 或3.8～4.2，
故答案为：大约4 或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或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”，
故答案为：2H₃Cit+5NH₃•H₂O=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺+5H₂O或“2H₃Cit+5NH₃=HCit^2-+Cit^3-+5NH₄⁺”；

（4）根据核磁共振氢谱图知道该物质中含有一种类型的氢原子，具有完全对称结构，它的结构简式为：（CH₃S）₂CO，即，
故答案为：；
（5）电解乙醇和氢氧化钠制取乙醇钠（阳离子交换膜只允许Na⁺通过），电解时阳极是氢氧离子失电子发生氧化反应的过程，产生氧气，阴极上是乙醇中的羟基氢原子得电子的还原反应，即2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑，
故答案为：O₂；2CH₃CH₂OH+2e^-=2CH₃CH₂O^-+H₂↑．

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，题目难度中等．