Question

20．甲酸及其盐具有强还原性，能发生银镜反应，甲酸是唯一能和烯烃发生加成反应的羧酸，25℃时甲酸的电离常数为2.1×10^-4．
（1）利用光催化制甲酸原理如图1所示：

①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能．
②该装置工作时，b极周围溶液的pH减小（填：“增大”或“减小”）．
③电极a上发生的电极反应为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH．
（2）另一种制取甲酸的机理如图2所示，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，该制备反应的化学方程式为CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH．
（3）甲酸与丙烯加成生成甲酸酯，主要产物的结构简式为HCOOCH（CH₃）₂．甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有（NH₄）₂CO₃生成，该反应的离子方程式为HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O
（4）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，该反应的平衡常数为12，则该温度下醋酸的电离常数为：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5
（5）HCOONa可使水体中NO₃^-脱除率几乎达100%，反应原理为：
NO₃^-+4HCOO^-+H₂O$\frac{\underline{\;Pd-Cu催化\;}}{\;}$NH₄⁺+2HCO₃^-+2CO₃^2-，HCOO^-在反应中的作用是还原剂（填：氧化剂或还原剂）；脱除后的溶液中下列4种微粒浓度由大到小的顺序为：②①③④（填数字序号）．
①c（CO₃^2-）②c（HCO₃^-）③c（H₂CO₃）     ④c（H⁺）

Answer 1

分析 （1）①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能；
②该装置工作时，b极周围水中的-2价的氧，放电生成氧气，溶液的pH减小；
③电极a上发生还原反应，其电极反应为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由图2可知，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，反应的化学方程式为：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）甲酸与丙烯加成生成甲酸酯，主要产物的结构简式为HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有（NH₄）₂CO₃生成，该反应的离子方程式为HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O；
（4）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，该反应的平衡常数为12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）•c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{{K}_{a}}=12$，则该温度下醋酸的电离常数为：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5；
（5）HCOO^-在反应中碳的化合价升高，是还原剂；CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-的水解程度，所以脱除后的溶液中下列4种微粒浓度由大到小的顺序为c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）＞c（H⁺）．

解答 解：（1）①该装置能量转化方式为光能转化为化学能和电能，故答案为：光能转化为化学能和电能；
②该装置工作时，b极周围水中的-2价的氧，放电生成氧气，溶液的pH减小，故答案为：减小；
③电极a上发生还原反应，其电极反应为CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH，故答案为：CO₂+2H⁺+2e^-=HCOOH；
（2）由图2可知，Ru（OH）₂在反应中的作用为催化剂，反应的化学方程式为：CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH，故答案为：催化剂；CO₂+H₂$\frac{\underline{\;Ru（OH）_{2}\;}}{\;}$HCOOH；
（3）甲酸与丙烯加成生成甲酸酯，主要产物的结构简式为HCOOCH（CH₃）₂；甲酸常温下可与银氨溶液发生银镜反应，同时有（NH₄）₂CO₃生成，该反应的离子方程式为HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O，故答案为：HCOOCH（CH₃）₂；HCOOH+2Ag（NH₃）₂⁺+2OH^-→2Ag↓+CO₃^2-+2NH₄⁺+2NH₃+H₂O；
（4）25℃甲酸与醋酸钠溶液反应：HCOOH+CH₃COO^-?HCOO^-+CH₃COOH，该反应的平衡常数为12，即$\frac{c（C{H}_{3}COOH）•c（HCO{O}^{-}）}{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}$=12，也就是：$\frac{2.1×1{0}^{-4}}{{K}_{a}}=12$，则该温度下醋酸的电离常数为：K_a（CH₃COOH）=1.75×10^-5，故答案为：1.75×10^-5；
（5）HCOO^-在反应中碳的化合价升高，是还原剂；CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-的水解程度，所以脱除后的溶液中下列4种微粒浓度由大到小的顺序为c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）＞c（H⁺），故答案为：还原剂； ②①③④．

点评 本题比较综合，涉及电化学、平衡常数影响因素及应用、氧化还原反应计算、电极反应式书写、电离平衡常数应用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．