Question

7．（1）已知25℃時有關弱酸的電離平衡常數(shù)：

弱酸化學式	HSCN	CH3COOH	HCN	H2CO3
電離平衡常數(shù)	1.3×10-1	1.8×10-5	4.9×10-10	K1=4.3×10-7K2=5.6×10-11

①等物質的量濃度的a．CH₃COONa、b．NaCN、c．Na₂CO₃、d．NaHCO₃溶液的pH由大到小的順序為c b d a（填序號）．
②25℃時，將20mL 0.1mol•L^-1 CH₃COOH溶液和20mL 0.1mol•L^-1 HSCN溶液分別與20mL 0.1mol•L^-1 NaHCO₃溶液混合，實驗測得產(chǎn)生的氣體體積（V）隨時間（t）的變化如圖1所示：
反應初始階段兩種溶液產(chǎn)生CO₂氣體的速率存在明顯差異的原因是HSCN的酸性比CH₃COOH強，其溶液中c（H⁺）較大，故其溶液與NaHCO₃溶液的反應速率快．
反應結束后所得兩溶液中，c（CH₃COO^-）＜c（SCN^-）（填“＞”、“＜”或“=”）
③若保持溫度不變，在醋酸溶液中加入一定量氨氣，下列量會變小的是b（填序號）．
a．c（CH₃COO^-）b．c（H⁺）c．Kw      d．醋酸電離平衡常數(shù)
（2）甲烷是天然氣的主要成分，是生產(chǎn)生活中應用非常廣泛的一種化學物質．一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NOx）的污染．已知：
_CH4（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₂
現(xiàn)有一份在相同條件下對H₂的相對密度為17的NO與NO₂的混合氣體，用16g甲烷氣體催化還原該混合氣體，恰好生成氮氣、二氧化碳氣體和水蒸氣，共放出1042.8kJ熱量．
①該混合氣體中NO和NO₂的物質的量之比為3：1
②已知上述熱化學方程式中△H₁=-1160kJmol，則△H₂=-574 kJ/mol．
③在一定條件下NO氣體可以分解為NO₂氣體和N₂氣體，寫出該反應的熱化學方程式4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol
（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．圖2是利用甲烷燃料電池電解50mL2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖：
請回答：
①甲烷燃料電池的負極反應式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O
②當A中消耗0.15mol氧氣時，B中b極增重6.4g．

Answer 1

分析 （1）①據(jù)弱酸的電離平衡常數(shù)，判斷弱酸的酸性強弱，越弱越水解，電離程度越大，溶液pH越大，據(jù)此分析；
②由生成二氧化碳的曲線斜率可知HSCN反應較快，則可知HSCN中中c（H⁺）較大，說明HSCN酸性較強，再利用鹽類水解的規(guī)律來分析離子濃度的關系；
③若保持溫度不變，在醋酸溶液中加入一定量氨氣，消耗氫離子，氫離子的濃度減小，醋酸電離平衡正向移動，由此分析解答；
（2）①相同條件下，不同氣體的摩爾質量之比等于其密度之比，據(jù)此計算氮氧化物平均摩爾質量，再根據(jù)平均摩爾質量計算NO和二氧化氮的物質的量之比；
②根據(jù)蓋斯定律確定甲烷和二氧化氮之間的方程式，根據(jù)甲烷和NO、NO₂之間的反應確定分別和NO、NO₂之間反應需要甲烷的物質的量之比，再根據(jù)焓變進行計算；③NO氣體可以分解為NO₂氣體和N₂氣體，反應的方程式為：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g），由反應CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₁；CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₂；根據(jù)蓋斯定律，△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；
（3）①甲烷燃料堿性電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子；
②電解池中，陰極上電極反應式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據(jù)串聯(lián)電路中轉移電子相等計算析出銅的質量．

解答 解：（1）①據(jù)弱酸的電離平衡常數(shù)可知，酸性HSCN＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，酸性越弱，其酸根離子的水解程度越大，溶液pH越大，所以等物質的量濃度的a．CH₃COONa、b．NaCN、c．Na₂CO₃、d．NaHCO₃溶液的pH由大到小的順序為c b d a，故答案為：c b d a；
②由K_a（CH₃COOH）=1.8×10^-5和K_a（HSCN）=0.13可知，CH₃COOH的酸性弱于HSCN的，即在相同濃度的情況下HSCN溶液中H⁺的濃度大于CH₃COOH溶液中H⁺的濃度，濃度越大反應速率越快；又酸越弱，反應生成的相應的鈉鹽越易水解，即c（CH₃COO^-）＜c（SCN^-），
故答案為：HSCN的酸性比CH₃COOH強，其溶液中c（H⁺）較大，故其溶液與NaHCO₃溶液的反應速率快；＜；
③若保持溫度不變，在醋酸溶液中加入一定量氨氣，消耗氫離子，氫離子的濃度減小，醋酸電離平衡正向移動，
a．平衡正向移動，體積不變，c（CH₃COO^-）變大，故不符合；
b．氨氣消耗氫離子，使c（H⁺）減小，故符合；
c．Kw是溫度的函數(shù)，溫度不變，Kw不變，故不符合；
d．醋酸電離平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變，所以醋酸電離平衡常數(shù)不變，故不符合；
故選：b；
（2）①在相同條件下對H₂的相對密度為17的NO與NO₂的混合氣體，相同條件下，氣體的密度之比等于其摩爾質量之比，所以混合氣體的摩爾質量為34g/mol，設n（NO）為x，n（NO₂）為y，混合氣體摩爾質量=$\frac{30xg+46yg}{（x+y）mol}$=34g/mol，x：y=3：1，故答案為：3：1；
②16g甲烷的物質的量=$\frac{16g}{16g/mol}$=1mol，
根據(jù)蓋斯定律知，CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁
CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=0.5（△H₁+△H₂）
NO和NO₂的物質的量之比為3：1，根據(jù)方程式知，當NO和NO₂完全轉化為氮氣時，分別和NO、NO₂反應的甲烷的物質的量之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{2}$=3：2，則有0.6mol甲烷和NO反應、0.4mol的甲烷和NO₂反應，0.6mol甲烷和NO反應放出的熱量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ，0.4mol甲烷和NO₂完全反應放出的熱量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ，則0.4mol甲烷和NO₂完全反應放出的熱量=0.5（△H₁+△H₂）×0.4mol=
=0.2mol×（1160kJ/mol+△H₂）=346.8kJ，則△H₂=-$\frac{346.8kJ}{0.2mol}$=-574 kJ/mol，
故答案為：-574 kJ/mol；
③NO氣體可以分解為NO₂氣體和N₂氣體，反應的方程式為：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g），由反應CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₁；CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₂；根據(jù)蓋斯定律，△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$=-293KJ/mol，所以熱化學方程式為：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol，故答案為：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol；
（3）①甲烷堿性燃料電池中，負極上電極反應式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，正極上電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②電解池中，陰極上電極反應式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，連接原電池負極的是陰極，所以B中析出金屬的是b電極，當A中消耗0.15mol氧氣時，轉移電子的物質的量=0.15mol×4=0.6mol，n（Cu ²⁺ ）=2mol/L×0.05L=0.1mol，銅離子完全析出需要0.2mol電子，串聯(lián)電路中轉移電子相等，b電極上析出銅和氫氣，所以析出銅的質量=0.1mol×64g/mol=6.4g，
故答案為：b；6.4．

點評 本題考查較綜合，涉及原電池和電解池原理、弱電解質電離、蓋斯定律等知識點，明確弱電解質的電離常數(shù)與酸根離子水解程度之間的關系、蓋斯定律、原電池和電解池原理即可解答，注意（2）中分別與NO、NO₂反應的甲烷的物質的量，（3）中陰極上不僅銅離子放電氫離子也放電，不能單純根據(jù)轉移電子相等計算析出銅的質量，為易錯點．