Question

19．（1）全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用榮獲2015年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)．其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖所示，電解液均呈酸性．
①該電池放電時(shí)，正極反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充電的總反應(yīng)方程式為V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺．
②用該電池做電源，電解精煉銅，當(dāng)外電路中通過(guò)1mol電子時(shí)，通過(guò)質(zhì)子交換膜的n（H⁺）=1mol，析出銅的質(zhì)量為32g．
（2）已知25℃時(shí)三種酸的電離常數(shù)如表所示：

化學(xué)式	電離常數(shù)
HCN	K=6.2×10-10
CH3COOH	K=1.8×10-5
H2CO3	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11

①等濃度的NaCN溶液、CH₃COONa溶液和Na₂CO₃溶液，溶液的pH由大到小的順序?yàn)椋篘a₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa（填化學(xué)式）．
②在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸電離出的c（H⁺）約是由水電離出的c（H⁺）的9×10⁸倍．

Answer 1

分析 （1）①放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng)；充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應(yīng)；
②當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽(yáng)極（左槽）產(chǎn)生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過(guò)，所以有1mol H⁺移動(dòng)到右槽（溶液中有離子移動(dòng)才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺；，電極反應(yīng)電子守恒計(jì)算析出銅的質(zhì)量．
（2）①根據(jù)酸的電離常數(shù)進(jìn)行分析判斷，電離常數(shù)越大，對(duì)應(yīng)鹽的水解程度越小，溶液的pH越��；
②0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$，利用Kw來(lái)計(jì)算水電離產(chǎn)生的氫離子濃度，然后比較即可．

解答 解：（1）①正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時(shí)的正極反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應(yīng)，電極方程式為V³⁺+e^-═V²⁺，充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，反應(yīng)的總方程式為：V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺；
②當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽(yáng)極（左槽）產(chǎn)生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過(guò)，所以有1mol H⁺移動(dòng)到右槽（溶液中有離子移動(dòng)才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以變化量為1mol，Cu²⁺+2e^-=Cu，析出銅物質(zhì)的量0.5mol，質(zhì)量=0.5mol×64g/mol=32g，
故答案為：1mol；32；
（2）①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，電離常數(shù)：醋酸＞HCN＞碳酸氫根離子，所以等濃度的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、CH₃COONa溶液水解程度為：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液，故溶液的pH為：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
故答案為：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
②0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）的電離平衡為CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，電離平衡常數(shù)計(jì)算為：$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{0.5-c（{H}^{+}）}$=1.8×10^-5，0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$≈3×10^-3mol/L，水電離出的氫離子濃度c（H⁺）=c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{3×1{0}^{-3}}$，則由HAC電離出的c（H⁺）約為水電離出的c（H⁺）倍數(shù)為：$\frac{3×1{0}^{-3}}{\frac{1}{3}×1{0}^{-11}}$=9×10⁸，在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸電離出的c（H⁺）約是由水電離出的c（H⁺）的9×10⁸倍，故答案為：9×10⁸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鹽類(lèi)水解的應(yīng)用，溶液酸堿性和pH的計(jì)算判斷，溶液中離子濃度的大小比較，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．