Question

7．（1）已知25℃时有关弱酸的电离平衡常数：

弱酸化学式	HSCN	CH3COOH	HCN	H2CO3
电离平衡常数	1.3×10-1	1.8×10-5	4.9×10-10	K1=4.3×10-7K2=5.6×10-11

①等物质的量浓度的a．CH₃COONa、b．NaCN、c．Na₂CO₃、d．NaHCO₃溶液的pH由大到小的顺序为c b d a（填序号）．
②25℃时，将20mL 0.1mol•L^-1 CH₃COOH溶液和20mL 0.1mol•L^-1 HSCN溶液分别与20mL 0.1mol•L^-1 NaHCO₃溶液混合，实验测得产生的气体体积（V）随时间（t）的变化如图1所示：
反应初始阶段两种溶液产生CO₂气体的速率存在明显差异的原因是HSCN的酸性比CH₃COOH强，其溶液中c（H⁺）较大，故其溶液与NaHCO₃溶液的反应速率快．
反应结束后所得两溶液中，c（CH₃COO^-）＜c（SCN^-）（填“＞”、“＜”或“=”）
③若保持温度不变，在醋酸溶液中加入一定量氨气，下列量会变小的是b（填序号）．
a．c（CH₃COO^-）b．c（H⁺）c．Kw      d．醋酸电离平衡常数
（2）甲烷是天然气的主要成分，是生产生活中应用非常广泛的一种化学物质．一定条件下，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
现有一份在相同条件下对H₂的相对密度为17的NO与NO₂的混合气体，用16g甲烷气体催化还原该混合气体，恰好生成氮气、二氧化碳气体和水蒸气，共放出1042.8kJ热量．
①该混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为3：1
②已知上述热化学方程式中△H₁=-1160kJmol，则△H₂=-574 kJ/mol．
③在一定条件下NO气体可以分解为NO₂气体和N₂气体，写出该反应的热化学方程式4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．图2是利用甲烷燃料电池电解50mL2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：
请回答：
①甲烷燃料电池的负极反应式是CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O
②当A中消耗0.15mol氧气时，B中b极增重6.4g．

Answer 1

分析 （1）①据弱酸的电离平衡常数，判断弱酸的酸性强弱，越弱越水解，电离程度越大，溶液pH越大，据此分析；
②由生成二氧化碳的曲线斜率可知HSCN反应较快，则可知HSCN中中c（H⁺）较大，说明HSCN酸性较强，再利用盐类水解的规律来分析离子浓度的关系；
③若保持温度不变，在醋酸溶液中加入一定量氨气，消耗氢离子，氢离子的浓度减小，醋酸电离平衡正向移动，由此分析解答；
（2）①相同条件下，不同气体的摩尔质量之比等于其密度之比，据此计算氮氧化物平均摩尔质量，再根据平均摩尔质量计算NO和二氧化氮的物质的量之比；
②根据盖斯定律确定甲烷和二氧化氮之间的方程式，根据甲烷和NO、NO₂之间的反应确定分别和NO、NO₂之间反应需要甲烷的物质的量之比，再根据焓变进行计算；③NO气体可以分解为NO₂气体和N₂气体，反应的方程式为：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g），由反应CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₁；CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₂；根据盖斯定律，△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；
（3）①甲烷燃料碱性电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子；
②电解池中，阴极上电极反应式为Cu ²⁺+2e^-=Cu，阳极上电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根据串联电路中转移电子相等计算析出铜的质量．

解答 解：（1）①据弱酸的电离平衡常数可知，酸性HSCN＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HCN＞HCO₃^-，酸性越弱，其酸根离子的水解程度越大，溶液pH越大，所以等物质的量浓度的a．CH₃COONa、b．NaCN、c．Na₂CO₃、d．NaHCO₃溶液的pH由大到小的顺序为c b d a，故答案为：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，即在相同浓度的情况下HSCN溶液中H⁺的浓度大于CH₃COOH溶液中H⁺的浓度，浓度越大反应速率越快；又酸越弱，反应生成的相应的钠盐越易水解，即c（CH₃COO^-）＜c（SCN^-），
故答案为：HSCN的酸性比CH₃COOH强，其溶液中c（H⁺）较大，故其溶液与NaHCO₃溶液的反应速率快；＜；
③若保持温度不变，在醋酸溶液中加入一定量氨气，消耗氢离子，氢离子的浓度减小，醋酸电离平衡正向移动，
a．平衡正向移动，体积不变，c（CH₃COO^-）变大，故不符合；
b．氨气消耗氢离子，使c（H⁺）减小，故符合；
c．Kw是温度的函数，温度不变，Kw不变，故不符合；
d．醋酸电离平衡常数是温度的函数，温度不变，所以醋酸电离平衡常数不变，故不符合；
故选：b；
（2）①在相同条件下对H₂的相对密度为17的NO与NO₂的混合气体，相同条件下，气体的密度之比等于其摩尔质量之比，所以混合气体的摩尔质量为34g/mol，设n（NO）为x，n（NO₂）为y，混合气体摩尔质量=$\frac{30xg+46yg}{（x+y）mol}$=34g/mol，x：y=3：1，故答案为：3：1；
②16g甲烷的物质的量=$\frac{16g}{16g/mol}$=1mol，
根据盖斯定律知，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的物质的量之比为3：1，根据方程式知，当NO和NO₂完全转化为氮气时，分别和NO、NO₂反应的甲烷的物质的量之比=$\frac{3}{4}$：$\frac{1}{2}$=3：2，则有0.6mol甲烷和NO反应、0.4mol的甲烷和NO₂反应，0.6mol甲烷和NO反应放出的热量=0.6mol×1160kJ/mol=696kJ，0.4mol甲烷和NO₂完全反应放出的热量=1042.8kJ-696kJ=346.8kJ，则0.4mol甲烷和NO₂完全反应放出的热量=0.5（△H₁+△H₂）×0.4mol=
=0.2mol×（1160kJ/mol+△H₂）=346.8kJ，则△H₂=-$\frac{346.8kJ}{0.2mol}$=-574 kJ/mol，
故答案为：-574 kJ/mol；
③NO气体可以分解为NO₂气体和N₂气体，反应的方程式为：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g），由反应CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₁；CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g），△H₂；根据盖斯定律，△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$=-293KJ/mol，所以热化学方程式为：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol，故答案为：4NO（g）=2NO₂（g）+N₂（g）△H=-293KJ/mol；
（3）①甲烷碱性燃料电池中，负极上电极反应式为CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，正极上电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
②电解池中，阴极上电极反应式为Cu ²⁺+2e^-=Cu，阳极上电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，连接原电池负极的是阴极，所以B中析出金属的是b电极，当A中消耗0.15mol氧气时，转移电子的物质的量=0.15mol×4=0.6mol，n（Cu ²⁺ ）=2mol/L×0.05L=0.1mol，铜离子完全析出需要0.2mol电子，串联电路中转移电子相等，b电极上析出铜和氢气，所以析出铜的质量=0.1mol×64g/mol=6.4g，
故答案为：b；6.4．

点评 本题考查较综合，涉及原电池和电解池原理、弱电解质电离、盖斯定律等知识点，明确弱电解质的电离常数与酸根离子水解程度之间的关系、盖斯定律、原电池和电解池原理即可解答，注意（2）中分别与NO、NO₂反应的甲烷的物质的量，（3）中阴极上不仅铜离子放电氢离子也放电，不能单纯根据转移电子相等计算析出铜的质量，为易错点．