Question

2010年春，發(fā)生在滇、黔、桂、渝、川等省的嚴(yán)重旱情牽動(dòng)了全國(guó)人民的心，水是組成生命體的重要化學(xué)物質(zhì)，有關(guān)水的反應(yīng)很多．

（1）水分子自身作用會(huì)生成陰、陽(yáng)兩種離子，寫出其電離方程式

 

；現(xiàn)欲使水的電離平衡向右移動(dòng)，且所得溶液顯堿性，選擇方法是

 

．（填編號(hào)）
A．加入NaHSO₃固體    B．加入Na₂CO₃固體     C．加熱至100℃
D．加入NH₄C1固體     E．加入金屬鈉         F．通入氨氣
（2）常溫下，濃度均為0.1kJ?mol^-1的下列五種鈉鹽溶液pH如下表：

溶質(zhì)	Na2CO3	NaHCO3	CH3COONa	Na2SO3	NaHSO3	NaClO
pH	11.6	9.7	8.9	10.0	4.0	10.3

Na₂CO₃，Na₂SO₃溶液中，結(jié)合H⁺能力CO

2- 3

 

SO

2- 3

（填“大于”“等于”“小于”）；根據(jù)表中數(shù)據(jù)，將等濃度的下列四種酸溶液分別稀釋100倍，pH變化最大的是

 

（填編號(hào)）．
A．HClO         B．CH₄COOH
C．H₂SO₃        D．H₂CO₃
（3）豐田PRIUS汽車采用Ni-MH電池作為車載電源，Ni-MH電池的充放電原理如圖1所示：放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為

 

，M的化合價(jià)

 

（填“升高”“降低”“不變”）．
（4）將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖2（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．
①0＜V≤44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為

 

；
②44.8L＜V≤89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)式為

 

；
③V=67.2L時(shí)，溶液中離子濃度大小關(guān)系為

 

；
（5）已知：當(dāng)溶液中某離子濃度小于10^-5 mol?L^-1時(shí)，可
以認(rèn)為該離子沉淀完全：1g2=0.3，幾種物質(zhì)的K_sp如下表：

物質(zhì)	Fe（OH）2	Al（OH）3	Mg（OH）2
Ksp	4.0×1017	2.7×10-32	5.6×10-12

當(dāng)向含相同濃度Fe²⁺、Al³⁺、Mg²⁺離子的溶液中滴加濃氨水時(shí)，

 

（填離子符號(hào)）先沉淀：當(dāng)Fe²⁺沉淀完全時(shí)，溶液的pH為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：鹽類水解的應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理,水的電離,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）水為弱電解質(zhì)，電離出水合氫離子和氫氧根離子；使水的電離平衡向右移動(dòng)，且所得溶液顯堿性，說(shuō)明水的電離程度增大，溶液中氫氧根離子濃度大于氫離子濃度；
（2）越容易水解的鹽，越容易結(jié)合氫離子，相同濃度的鈉鹽溶液，pH越大則鹽的水解程度越大，濃度相同的酸稀釋相同的倍數(shù)后，酸性越強(qiáng)的酸其pH變化越大；
（3）放電時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)圖1判斷反應(yīng)物及生成物，形成電極反應(yīng)式，根據(jù)電極反應(yīng)判斷M的化合價(jià)變化；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)；
（5）根據(jù)各離子的溶度積計(jì)算出開始生成沉淀時(shí)需要的氫氧根離子的濃度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷優(yōu)先生成沉淀的離子；亞鐵離子完全沉淀時(shí)，可以認(rèn)為亞鐵離子濃度為10^-5mol?L^-1，根據(jù)氫氧化鐵的溶度積計(jì)算出氫氧根離子濃度，再計(jì)算出溶液的pH．

解答： （1）水為電解質(zhì)，水的電離方程式為：2H₂O?H₃O⁺+OH^-；
若水的電離平衡向右移動(dòng)，所得溶液顯堿性，說(shuō)明水的電離程度增大，溶液中氫氧根離子濃度大于氫離子濃度，
A．加入NaHSO₃固體，亞硫酸根離子電離程度大于水解程度，溶液顯示酸性，故A錯(cuò)誤；
B．加入Na₂CO₃固體，碳酸根離子水解促進(jìn)了水的電離，水的電離平衡向右移動(dòng)，溶液顯示堿性，故B正確；
C．加熱至100℃，水的電離程度中等，但是溶液仍然顯示中性，故C錯(cuò)誤；
D．加入NH₄C1固體，銨根離子水解，溶液顯示酸性，故D錯(cuò)誤；
E．加入金屬鈉，鈉與水電離的氫離子反應(yīng)，水的電離平衡向右移動(dòng)，溶液顯示堿性，故E正確；         
F．通入氨氣，一水合氨電離出氫氧根離子，溶液顯示堿性，抑制了水的電離，故F錯(cuò)誤；
故答案為：2H₂O?H₃O⁺+OH^-；BE；
（2）越容易水解的鹽，越容易結(jié)合氫離子，相同濃度的鈉鹽溶液，pH越大則鹽的水解程度越大，由于Na₂CO₃溶液的pH大于Na₂SO₃，所以結(jié)合H⁺能力：CO₃^2-＞SO₃^2-；濃度相同的酸稀釋相同的倍數(shù)后，酸性越強(qiáng)的酸其pH變化越大，H₂SO₃、HClO、CH₃COOH、H₂CO₃四種酸的酸性大小順序是：H₂SO₃＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HClO，所以溶液的pH變化最大的是：C．H₂SO₃，
故答案為：＞；C；
（3）放電時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，MH失去電子，電極反應(yīng)式為：HM+OH^--e^-=M+H₂O，該反應(yīng)中M的化合價(jià)沒有發(fā)生變化，
故答案為：HM+OH^--e^-=M+H₂O；不變；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
③當(dāng)V=67.2 L時(shí)，n（CH₄）=3mol，n（CO₂）=3mol，則電池總反應(yīng)式為3CH₄+6O₂+4KOH=K₂CO₃+2KHCO₃+7H₂O，則得到1molK₂CO₃和2molKHCO₃的溶液，則c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）設(shè)濃度c=1mol/L，根據(jù)物質(zhì)的溶度積常數(shù)可知，F(xiàn)e²⁺、Mg²⁺、Al³⁺四種金屬離開始沉淀時(shí)的OH^-濃度值（mol/L）分別是：

4×10-17 c

=

0.4

×10^-8＜

5.6×10-12 c

=

5.6

×10^-6、

3	2.7×10-32 c

=3×10^-11，即3×10^-11＜

0.4

×10^-8＜

5.6

×10^-6，氫氧化鋁開始沉淀需要的氫氧根離子濃度最小，所以Al³⁺優(yōu)先沉淀；當(dāng)Fe²⁺沉淀完全時(shí)，亞鐵離子濃度小于10^-5mol?L^-1，則此時(shí)溶液中氫氧根離子濃度為：

4×10-17 10-5

mol/L=2×10^-6mol/L，溶液中氫離子濃度為5×10^-9mol/L，溶液pH=-lg5×10^-9=9-lg5=9-（1-lg2）=8.3，
故答案為：Al³⁺；8.3．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了鹽的水解應(yīng)用、原電池與電解池工作原理、難溶電解質(zhì)的溶解平衡等知識(shí)，題目難度較大，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生對(duì)書寫知識(shí)的掌握情況；注意掌握原電池與電解池工作原理及發(fā)生電極反應(yīng)．