Question

20．甲酸及其鹽具有強(qiáng)還原性，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，甲酸是唯一能和烯烴發(fā)生加成反應(yīng)的羧酸，25℃時(shí)甲酸的電離常數(shù)為2.1×10^-4．
（1）利用光催化制甲酸原理如圖1所示：

①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能．
②該裝置工作時(shí)，b極周圍溶液的pH減小（填：“增大”或“減小”）．
③電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．
（2）另一種制取甲酸的機(jī)理如圖2所示，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，該制備反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH．
（3）甲酸與丙烯加成生成甲酸酯，主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為HCOOCH（CH₃）₂．甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有（NH₄）₂CO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O
（4）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，則該溫度下醋酸的電離常數(shù)為：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5
（5）HCOONa可使水體中NO₃^-脫除率幾乎達(dá)100%，反應(yīng)原理為：
NO₃^-+4HCOO^-+H₂O$\frac{\underline{\;Pd-Cu催化\;}}{\;}$NH₄⁺+2HCO₃^-+2CO₃^2-，HCOO^-在反應(yīng)中的作用是還原劑（填：氧化劑或還原劑）；脫除后的溶液中下列4種微粒濃度由大到小的順序?yàn)椋孩冖佗邰埽ㄌ顢?shù)字序號）．
①c（CO₃^2-）②c（HCO₃^-）③c（H₂CO₃）     ④c（H⁺）

Answer 1

分析 （1）①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能；
②該裝置工作時(shí)，b極周圍水中的-2價(jià)的氧，放電生成氧氣，溶液的pH減小；
③電極a上發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由圖2可知，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）甲酸與丙烯加成生成甲酸酯，主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有（NH₄）₂CO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O；
（4）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）•c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{{K}_{a}}=12$，則該溫度下醋酸的電離常數(shù)為：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5；
（5）HCOO^-在反應(yīng)中碳的化合價(jià)升高，是還原劑；CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-的水解程度，所以脫除后的溶液中下列4種微粒濃度由大到小的順序?yàn)閏（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）＞c（H⁺）．

解答 解：（1）①該裝置能量轉(zhuǎn)化方式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能，故答案為：光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能；
②該裝置工作時(shí)，b極周圍水中的-2價(jià)的氧，放電生成氧氣，溶液的pH減小，故答案為：減�。�
③電極a上發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)為CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，故答案為：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由圖2可知，Ru（OH）₂在反應(yīng)中的作用為催化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH，故答案為：催化劑；CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）甲酸與丙烯加成生成甲酸酯，主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常溫下可與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，同時(shí)有（NH₄）₂CO₃生成，該反應(yīng)的離子方程式為HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O，故答案為：HCOOCH（CH₃）₂；HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O；
（4）25℃甲酸與醋酸鈉溶液反應(yīng)：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）•c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{{K}_{a}}=12$，則該溫度下醋酸的電離常數(shù)為：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5，故答案為：1.75×10^-5；
（5）HCOO^-在反應(yīng)中碳的化合價(jià)升高，是還原劑；CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-的水解程度，所以脫除后的溶液中下列4種微粒濃度由大到小的順序?yàn)閏（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）＞c（H⁺），故答案為：還原劑； ②①③④．

點(diǎn)評 本題比較綜合，涉及電化學(xué)、平衡常數(shù)影響因素及應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)計(jì)算、電極反應(yīng)式書寫、電離平衡常數(shù)應(yīng)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．