Question

（1）已知25℃時有關(guān)弱酸的電離平衡常數(shù)：（已知相對原子質(zhì)量：N 14 O 16 Cu 64 H 1）

弱酸化學(xué)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=4.3×10-7  K2=5.6×10-11

①同溫度下，等pH值的a．NaHCO₃ b．NaCN、c．Na₂CO₃，溶液的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序為

 

（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(yīng)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：

 

．
反應(yīng)結(jié)束后所得兩溶液中，c（SCN^-）

 

c（CH₃COO^-）（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

 

（填序號）．
a．c（CH₃COO^-）   b．c（H⁺）   c．K_w 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(yīng)用非常廣泛的一種化學(xué)物質(zhì)．一定條件下，用甲烷可以消除氮氧化物（NO_x）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(zhì)的量之比為

 

②已知上述熱化學(xué)方程式中△H₁=-1160kJ/mol，則△H₂=

 

（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50mL 2mol?L^-1的氯化銅溶液的裝置示意圖2：
請回答：
①甲烷燃料電池的負極反應(yīng)式是

 

②當A中消耗0.15mol氧氣時，B中

 

極增重

 

g．

Answer 1

考點：弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①酸的電離平衡常數(shù)HSCN＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，則酸根離子水解程度CO₃^2-＞CN^-＞HCO₃^-＞CH₃COO^-＞SCN^-，酸根離子水解程度越大，則相同濃度的鈉鹽溶液的pH越大；
②反應(yīng)速率與氫離子濃度成正比，所以氫離子濃度越大，反應(yīng)速率越大；水解程度越大的酸根離子，其鹽溶液中酸根離子濃度越�。�
③溫度不變，水的離子積常數(shù)、醋酸的電離平衡常數(shù)不變，在醋酸溶液中加入一定量氨氣，一水合氨電離出的氫氧根離子和氫離子反應(yīng)生成水，促進醋酸電離；
（2）①相同條件下，不同氣體的摩爾質(zhì)量之比等于其密度之比，據(jù)此計算氮氧化物平均摩爾質(zhì)量，再根據(jù)平均摩爾質(zhì)量計算NO和二氧化氮的物質(zhì)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(yīng)確定分別和NO、NO₂之間反應(yīng)需要甲烷的物質(zhì)的量之比，再根據(jù)焓變進行計算；
（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(yīng)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(yīng)式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等計算析出銅的質(zhì)量．

解答： 解：（1）①酸的電離平衡常數(shù)HSCN＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，則酸根離子水解程度CO₃^2-＞CN^-＞HCO₃^-＞CH₃COO^-＞SCN^-，酸根離子水解程度越大，則相同濃度的鈉鹽溶液的pH越大，則相同pH值的這幾種溶液，酸根離子水解程度越大，其濃度越小，則這幾種鹽溶液濃度大小順序是a＞b＞c，故答案為：a＞b＞c；
②反應(yīng)速率與氫離子濃度成正比，所以氫離子濃度越大，反應(yīng)速率越大，所以相同溫度下HSCN比CH₃COOH的電離平衡常數(shù)大，同濃度時電離出的氫離子濃度大，與NaHCO₃溶液反應(yīng)快；水解程度越大的酸根離子，其鹽溶液中酸根離子濃度越小，酸根離子水解程度CO₃^2-＞CN^-＞HCO₃^-＞CH₃COO^-＞SCN^-，所以c（SCN^-）＞c（CH₃COO^-），
故答案為：相同溫度下HSCN比CH₃COOH的電離平衡常數(shù)大，同濃度時電離出的氫離子濃度大，與NaHCO₃溶液反應(yīng)快；＞；
③若保持溫度不變，在醋酸溶液中加入一定量氨氣，NH₃+H₂O?NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，a．OH^-+H⁺=H₂O，所以促進醋酸電離，則c（CH₃COO^-）增大，故錯誤；
b．OH^-+H⁺=H₂O，所以c（H⁺）減小，故正確；
c．溫度不變則K_w不變，故錯誤；
d．溫度不變，則醋酸電離平衡常數(shù)不變，故錯誤；
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(zhì)量之比，所以混合氣體的摩爾質(zhì)量為34g/mol，設(shè)n（NO）為x，n（NO₂）為y，
混合氣體摩爾質(zhì)量=

30xg+46yg

(x+y)mol

=34g/mol，x：y=3：1，故答案為：3：1；
②16g甲烷的物質(zhì)的量=

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(zhì)的量之比為3：1，根據(jù)方程式知，當NO和NO₂完全轉(zhuǎn)化為氮氣時，分別和NO、NO₂反應(yīng)的甲烷的物質(zhì)的量之比=

3

4

：

1

2

=3：2，則有0.6mol甲烷和NO反應(yīng)、0.4mol的甲烷和NO₂反應(yīng)，
0.6mol甲烷和NO反應(yīng)放出的熱量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ，0.4mol甲烷和NO₂完全反應(yīng)放出的熱量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ，則0.4mol甲烷和NO₂完全反應(yīng)放出的熱量=0.5（△H₁+△H₂）×0.4mol=
=0.2mol×（1160kJ/mol+△H₂）=346.8kJ，則△H₂=

346.8kJ

0.2mol

-1160kJ/mol=-574 kJ/mol，
故答案為：-574 kJ/mol；
（3）①甲烷堿性燃料電池中，負極上電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，正極上電極反應(yīng)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(yīng)式為Cu ²⁺+2e^-=Cu，陽極上電極反應(yīng)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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)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(zhuǎn)移電子相等，b電極上析出銅和氫氣，所以析出銅的質(zhì)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(zhì)電離、蓋斯定律等知識點，明確弱電解質(zhì)的電離常數(shù)與酸根離子水解程度之間的關(guān)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(yīng)的甲烷的物質(zhì)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(zhuǎn)移電子相等計算析出銅的質(zhì)量，為易錯點．