Question

4．Ⅰ．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=4.3×10-7  K2=5.6×10-11

（1）25℃时，将20mL 0.1mol/LCH₃COOH溶液和20mL0.1mol/LHSCN溶液分别与20mL 0.1mol/LNaHCO₃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相同温度下HSCN比CH₃COOH的电离平衡常数大，同浓度时电离出的氢离子浓度大，与NaHCO₃溶液反应快
（2）若保温度不变，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．K_wd．醋酸电离平衡常数
Ⅱ．某温度（t℃）时，测得0.01mol/L的NaOH溶液的pH=11．在此温度下，将pH=2的H₂SO₄溶液V_aL与pH=12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性，则V_a：V_b=10：1．
Ⅲ．如图2所示，A为电源，B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO₄溶液，C、D为电解槽，其电极材料及电解质溶液均见图示．
（1）关闭K₁，打开K₂，通电后，B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，则电源b端为负极，通电开始时，滤纸d端的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）已知C装置中溶液为Cu（NO₃）₂和X（NO₃）₃，且均为0.1mol，打开K₁，关闭K₂，通电一段时间后，阴极析出固体质量m（g）与通过电子的物质的量n（mol）关系如图3所示．则Cu²⁺、X³⁺、H⁺氧化能力由大到小的顺序是Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；D装置中溶液是H₂SO₄，则此装置电极C端的实验现象是在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）等浓度的酸的强弱不同，则c（H⁺）不同，c（H⁺）越大，反应速率越大；
（2）温度不变，水的离子积常数、醋酸的电离平衡常数不变，在醋酸溶液中加入一定量氨气，一水合氨电离出的氢氧根离子和氢离子反应生成水，促进醋酸电离；
Ⅱ．某温度（t℃）时，测得0.01mol•L^-1的NaOH溶液的pH=11，据此计算离子积常数，将pH=2的H₂SO₄溶液V_aL与pH=12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性说明氢离子和氢氧根离子物质的量相同，列式计算；
Ⅲ．（1）关闭K₁，打开K₂，为电解饱和食盐水装置，通电后，B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，根据电解池工作原理可知阴离子向阳极移动判断电源的正负极并书写d端的电极反应式；
（2）打开K₁，关闭K₂，则为电解C、D两池，根据电解C的图象可知，开始即析出固体，总共0.2mol电子通过时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜，此后，继续有电子通过，不再有固体析出，说明X³⁺不放电，H⁺放电，从而判断离子氧化性；D装置中溶液是H₂SO₄，电极C端与b负极相连即为阴极，开始氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出，据此分析．

解答 解：Ⅰ．（1）等浓度的酸的强弱不同，则c（H⁺）不同，c（H⁺）越大，反应速率越大，因Ka（HSCN）＞Ka（CH₃COOH），溶液中c（H⁺）：HSCN＞CH₃COOH，c（H⁺）大反应速率快，
故答案为：相同温度下HSCN比CH₃COOH的电离平衡常数大，同浓度时电离出的氢离子浓度大，与NaHCO₃溶液反应快；
 （2）a、若保持温度不变，在醋酸溶液中加入一定量氨气，NH₃+H₂O?NH₃．H₂O?NH₄⁺+OH^-，a．OH^-+H⁺=H₂O，所以促进醋酸电离，则c（CH₃COO^-）增大，故a错误；
b．OH^-+H⁺=H₂O，所以c（H⁺）减小，故b正确；
c．温度不变则K_w不变，故c错误；
d．温度不变，则醋酸电离平衡常数不变，故d错误；
故选b；
Ⅱ．某温度（t℃）时，测得0.01mol•L^-1的NaOH溶液的pH=11，据此计算离子积常数Kw=0.01mol/L×10^-11mol/L=10^-13（mol/L），将pH=2的H₂SO₄溶液V_aL与pH=12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性说明氢离子和氢氧根离子物质的量相同，10^-2×Va=$\frac{10{\;}^{-13}}{10{\;}^{-12}}$×Vb，得到Va：Vb=10：1，
故答案为：10：1；
Ⅲ．（1）据题意B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，说明高锰酸根离子向c端移动，可推出极c端为阳极，则与之相连的电源a端为正极，b端为负极，所以通电滤纸d端为阴极，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：负；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）根据电解C的图象可知，通电后就有固体生成，当通过电子为0.2mol时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜．如果是X³⁺析出，电子数应该是0.3mol，则氧化能力为Cu²⁺＞X³⁺，当电子超过0.2mol时，固体质量没变，说明这是阴极产生的是氢气，即电解水，说明氧化能力H⁺＞X³⁺，故氧化能力为Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；
D装置中溶液是H₂SO₄，电极C端与b负极相连即为阴极，开始为氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出，所以看到的现象为在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出；故答案为：Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；在C端开始时有无色无味气体产生，一段时间后有红色物质析出．

点评 本题综合考查弱电解质电离，有关pH值的计算，电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力，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，KMnO₄紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键，注意电极方程式的判断，为易错点，题目难度中等．