Question

（1）如图1，横坐标为溶液的pH，纵标为金属离子的物质的量浓度的对数（当溶液中金属离子浓度≤10^-5mol?L^-1时，可认为沉淀完全）．试回答下列问题：

①腐蚀铜板后的溶液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺浓度均为0.1mol?L^-1，今向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，溶液中存在的金属阳离子为

 

②从图1中数据计算可得Fe（OH）₂的溶度积K_sp[Fe（OH）₂]=

 

（2）25℃时，测得浓度为0.1mol?L^-1的HA溶液的pH=3，则HA的电离常数K_a=

 

（3）固定和利用CO₂能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体．工业上有一种用CO₂来生产甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1某科学实验将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如2图所示（实线）．图中数据a（1，6）代表的意思是：在1 min时H₂的物质的量是6mol．
①下列时间段平均反应速率最大的是

 

，最小的是

 

．
A.0-1min   B.1-3min  C.3-8min  D.8-11min
②仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H₂的物质的量随时间变化如图2中虚线所示，曲线Ⅰ对应的实验改变的条件是

 

，曲线Ⅱ对应的实验改变的条件是

 

．
③根据该反应特点，此反应自发进行的条件是

 

（填“高温”、“低温”或“任何温度”）．
（4）铁是一种廉价的金属，除了做为重要的结构材料外，现又有了新的用途，磷酸聚合物铁锂电池以其廉价、高容量和安全性逐渐占据市场．高铁电池的研究也在进行中．下图是高铁电池的实验装置：

已知放电后，两极反应均生成Fe的+3价的化合物．
①该电池放电时正极发生的电极反应是

 

．
②若该电池属于二次电池，则充电时阴极反应的电极反应式为

 

．

Answer 1

分析：（1）①向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，由图象可知易生成Fe（OH）₃沉淀；
②根据K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）计算．
（2）根据电离常数K_a=

c(H+)?c(A-)

c(HA)

计算；
（3）①单位时间氢气的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，单位时间氢气的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小．
②由图2可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动；
曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动；
结合反应的特征进行分析；
③反应自发进行的判断依据是：△H-T?△S＜0，据此分析；
（4）①FeO₄^2-在正极得电子生成Fe³⁺；
②充电时Fe（OH）₃在阴极得电子生成Fe．

解答：解：（1）①向混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5.6时，由图象可知易生成Fe（OH）₃沉淀，溶液中存在的金属阳离子为Cu²⁺、Fe²⁺，
故答案为：Cu²⁺、Fe²⁺；
②由图象可知：c（Fe²⁺）=1.0×10^-5（mol?L^-1），c（OH^-）=1.0×10^-6（mol?L^-1）
K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-17（mol?L^-1）³，
故答案为：1.0×10^-17（mol?L^-1）³．
（2）HA?A^-+H⁺
起始（mol/L）：0.1       0     0
变化（mol/L）：10^-3      10^-3 10^-3
平衡（mol/L）：0.1-10^-3 10^-3 10^-3
电离程度Ka=

c(H+)?c(A-)

c(HA)

=

10-3×10-3

0.1-10-3

≈10^-5，
电离常数（K_a）=10^-5．
故答案为：10^-5mol?L^-1；
（3）①A．由图2可知，0～1min内氢气的变化量为8mol-6mol=2mol；
B．1～3min内氢气的变化量为6mol-3mol=3mol，平均1min变化量为1.5mol；
C．3～8min内氢气的变化量为3mol-2mol=1mol，平均1min变化量为0.2mol；
D．8～11min达平衡状态，氢气的物质的量不再变化．
故0～1min速率最大，8～11min速率最小．
故答案为：A；D．
②对于可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反应是体积减小的放热反应．
由图2可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动，可以采取的措施为：升高温度．
曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动，可以采取的措施为：增大压强或者是增大CO₂浓度．
故答案为：升高温度；增大压强或者是增大CO₂浓度；
③反应自发进行的判断依据是：△H-T?△S＜0，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，由反应可知该反应为熵减小的反应，
若要△H-T?△S＜0，则需在低温条件下进行，
故答案为：低温；
（4）①FeO₄^2-在正极得电子生成Fe³⁺，其电极反应式为：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
故答案为：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
②充电时Fe（OH）₃在阴极得电子生成Fe，其电极反应式为：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-，
故答案为：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-．

点评：本题考查化学平衡图象、反应速率大小判断、外界条件对平衡的影响，原电池、电解池等，题目难度较大，注意图象2中利用“先拐先平”，即曲线先折拐的首先达到平衡，以此判断温度或压强的高低，再依据外界条件对平衡的影响解答．