Question

【題目】維持pH的穩(wěn)定對(duì)生命體的生理活動(dòng)、化學(xué)電源的高效工作等具有重要意義。

(1)常溫下，在不同試劑中加入酸或堿后體系pH的變化如下表所示。

試劑	pH
	初始	通入0.01 mol HCl氣體	加入0.01 mol NaOH固體
i.1 L H2O	7	a	12
ii.0.10 mol CH3COOH+0.10 mol CH3COONa配制成1 L的溶液	4.76	4.67	4.85

①a=____________(忽略通入HCl氣體前后體系的體積變化)。

②結(jié)合化學(xué)用語解釋試劑ii顯酸性的原因：____________。

③試劑ii中微粒濃度關(guān)系正確的有____________(填序號(hào))。

a. c(CH3COOH)>c(Na+)>c(CH3COO-)

b. 2c(H+)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)+2c(OH-)

c. c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.2 mol/L

④由表中數(shù)據(jù)可知，試劑ii的pH受一定量的酸和堿的影響不大。溶液的這種能對(duì)抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或適當(dāng)稀釋，而保持溶液的pH幾乎不變的作用稱為緩沖作用。下列溶液具有緩沖作用的是____________(填序號(hào))。

a. HCl—NaCl b. Na2CO3—NaHCO3 c. NH3·H2O-NH4Cl d. KOH—KCl

(2)緩沖溶液應(yīng)用在某種液釩電池中能穩(wěn)定電池的輸出電流，該電池裝置示意圖如下圖所示，電池的總反應(yīng)如下：

Zn+2VOSO4+2H2SO4ZnSO4+V2(SO4)3+2H2O

已知：VOSO4和V2(SO4)3的電離方程式分別為VOSO4=VO2++SO42-；V2(SO4)3=2V3++3SO42-；

①放電時(shí)，B室中c(H+)____________(填“增大”“減小”或“不變”)，結(jié)合化學(xué)用語說明理由：______。

②充電時(shí)，A室中的c(H+)變化緩慢的原因是____________。

Answer 1

【答案】2 試劑ii中同時(shí)存在醋酸的電離平衡CH3COOHCH3COO-+H+和醋酸根的水解平衡CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-，相同條件下，醋酸的電離平衡的限度大于醋酸根的水解平衡限度，當(dāng)CH3COOH與CH3COO-的初始濃度相等時(shí)，溶液中c(H+)>c(OH-) bc bc 減小 放電時(shí)，B室發(fā)生正極反應(yīng)：VO2++e-+2H+=V3++H2O；由電極反應(yīng)可知，轉(zhuǎn)移1 mol e-消耗2 mol H+，同時(shí)有1 mol H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入B室，因此總體c(H+)降低 充電時(shí)，H+通過質(zhì)子膜從B室進(jìn)入A室，A室溶液中的CH3COO-與H+結(jié)合成CH3COOH(或“CH3COOH-CH3COONa溶液有緩沖作用”)，從而使c(H+)的變化減緩

【解析】

(1)①根據(jù)先計(jì)算c(H+)，然后pH=-lgc(H+)得到a的值；

②結(jié)合弱酸的電離平衡及鹽的水解平衡分析；

③結(jié)合醋酸的電離平衡和醋酸根的水解程度及物料守恒、電荷守恒大小分析；

④根據(jù)弱電解質(zhì)的電離平衡和鹽的水解平衡分析；

(2)①放電時(shí)裝置為原電池，結(jié)合VOSO4變?yōu)?/span>V2(SO4)3分析溶液中c(H+)的變化；

②根據(jù)A室中的緩沖溶液的作用分析判斷。

(1)①c(HCl)==0.01 mol/L，則pH=-lgc(H+)=-lg10-2=2；

②將0.10 mol CH3COOH和0.10 mol CH3COONa配制成1 L的溶液，得到0.10 mol/L和0.10 mol/L的混合溶液，在該混合溶液中同時(shí)存在醋酸的電離平衡CH3COOHCH3COO-+H+和醋酸根的水解平衡CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-；在相同條件下，CH3COOH的電離程度大于CH3COO-的水解程度，所以當(dāng)CH3COOH與CH3COO-的初始濃度相等時(shí)，溶液中c(H+)>c(OH-)；

③a. 在該溶液中存在0.10 mol/L的CH3COOH、CH3COONa的混合溶液，c(Na+)=0.10 mol/L，由于醋酸的電離程度大于醋酸根的水解程度，所以c(CH3COO-)>0.1 mol/L，c(CH3COOH)<0.10 mol/L，因此溶液中微粒濃度c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)，a錯(cuò)誤；

b. 由物料守恒可得①c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)；由電荷守恒可得②c(CH3COO-)-+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，將②×2-①，整理可得2c(H+)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)+2c(OH-)，b正確；

c. 根據(jù)物料守恒可知c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=2c(Na+)=0.2 mol/L，c正確；

故合理選項(xiàng)是bc；

④a. 向HCl—NaCl的混合溶液中加入酸，溶液中H+濃度增大，pH減小，當(dāng)加入堿時(shí)，溶液中OH-增大，溶液pH增大，a不符合題意；

b. 向Na2CO3—NaHCO3的混合溶液中加入酸，H+與CO32-反應(yīng)產(chǎn)生HCO3-，溶液中H+濃度幾乎不變，當(dāng)加入堿溶液時(shí)，3-與OH-反應(yīng)產(chǎn)生CO32-和H2O，溶液pH也幾乎不變，b符合題意；

c. 向NH3·H2O-NH4Cl的混合溶液中加入酸，NH3·H2O與H+反應(yīng)產(chǎn)生NH4+，溶液中H+濃度幾乎不變，當(dāng)加入堿時(shí)，NH4+與OH-反應(yīng)產(chǎn)生NH3·H2O，也使溶液中H+濃度幾乎不變，因此溶液酸堿性對(duì)其pH幾乎無影響，c符合題意；

d. 向KOH—KCl混合溶液中加入酸，消耗OH-，溶液中OH-濃度降低，堿性減弱；當(dāng)加入堿時(shí)，溶液中溶液中OH-濃度增大，溶液堿性增強(qiáng)，pH發(fā)生較大的變化，d不符合題意；

故合理選項(xiàng)是bc；

(2)①放電時(shí)該裝置為原電池，Zn為負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，VOSO4電離產(chǎn)生的VO2+得到電子，與溶液中的H+結(jié)合反應(yīng)產(chǎn)生V3+和H2O，電極反應(yīng)式為：VO2++e-+2H+=V3++H2O；反應(yīng)消耗H+，使c(H+)降低，由電極反應(yīng)可知，轉(zhuǎn)移1 mol e-消耗2 mol H+，同時(shí)有1 mol H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入B室，因此總體c(H+)降低；

②在充電時(shí)，H+通過質(zhì)子膜從B室進(jìn)入A室，A室溶液中的CH3COO-與H+結(jié)合成CH3COOH(或“CH3COOH-CH3COONa溶液有緩沖作用”)，從而使c(H+)的變化減緩。