题目内容
运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义．（1）发射卫星时可用肼（N2H4）作燃料，其方程式为：
N2H4+O2=N2+2H2O，若将此反应设计成如右图所示的原电池装置，请回答：
①负极反应式为：
N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O
N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O
；②工作一段时间后正极附近溶液的pH变化为
增大
增大
（填“增大”“减小”或“不变”）；③若用该电池电解以石墨为电极的100mL氯化铜溶液，一段时间后，两极均收集到2.24L气体（已换算成标准状况下的体积），则原溶液中Cu2+的物质的量浓度为
0.5 mol?L-1
0.5 mol?L-1
．（2）在25℃时，向浓度均为0.1mol?L-1的MgCl2和CuCl2 混合溶液中逐滴加入氨水，首先生成
Cu（OH）2
Cu（OH）2
沉淀（填化学式），生成该沉淀的离子方程式为Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+
Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+
．（已知25℃Ksp[Mg（OH）2]=1.8×10-11，Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20）．（3）在25℃时，将a mol?L-1的氨水与0.01mol?L-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH4+）=c（Cl-），则溶液显
中
中
性（填“酸”“碱”或“中”），用含a的代数式表示NH3?H2O的电离常数kb=| 10-9 |
| a-0.01 |
| 10-9 |
| a-0.01 |
分析：（1）①、负极失电子发生氧化反应，依据元素化合价变化分析结合电解质溶液是碱性书写负极电极反应；
②、依据正极电极反应产物分析判断溶液PH变化；
③、依据电解过程中电极反应和电子守恒计算得到；
（2）依据氢氧化铜和氢氧化镁溶度积比较，组成相似，溶度积常数越小越易析出沉淀；依据沉淀生成写出离子方程式；
（3）依据电解质溶液电荷守恒分析判断溶液酸碱性；依据一水合氨电离常数不随浓度变化结合离子浓度计算电离常数；
②、依据正极电极反应产物分析判断溶液PH变化；
③、依据电解过程中电极反应和电子守恒计算得到；
（2）依据氢氧化铜和氢氧化镁溶度积比较，组成相似，溶度积常数越小越易析出沉淀；依据沉淀生成写出离子方程式；
（3）依据电解质溶液电荷守恒分析判断溶液酸碱性；依据一水合氨电离常数不随浓度变化结合离子浓度计算电离常数；
解答：解：（1）①N2H4+O2=N2+2H2O反应设计原电池，图中电解质溶液是碱性溶液，氮元素化合价-2变化为0价，失电子发生氧化反应，
电极反应为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
故答案为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
②原电池负极电极反应为N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O，正极电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，工作一段时间后正极附近溶液的pH变化增大；
故答案为：增大；
③若用该电池电解以石墨为电极的100mL氯化铜溶液，一段时间后，两极均收集到2.24L气体物质的量为0.1mol，电极反应为：阳极2Cl--2e-=Cl2↑，若生成0.1mol氯气转移电子0.2mol，阴极电极反应，Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，生成0.1mol氢气转移电子0.2mol，分析判断可知阳极除生成氯气外，还有氧气生成，电极反应4OH--4e-=2H2O+O2↑，电解过程是先电极氯化铜，再电解水，依据生成氢气为0.1mol，计算得到氧气0.05mol，生成氯气0.05mol，所以阴极得到电子的铜离子物质的量为0.05mol，原溶液中铜离子浓度=
=0.5mol/L
故答案为：0.5 mol?L-1；
（2）已知25℃Ksp[Mg（OH）2]=1.8×10-11，Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20，Mg（OH）2Cu（OH）2组成相似，溶度积常数越小，越易析出沉淀，在25℃时，向浓度均为0.1mol?L-1的MgCl2和CuCl2 混合溶液中逐滴加入氨水，首先生成氢氧化铜沉淀，反应的离子方程式为：Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+；
故答案为：Cu（OH）2；Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+；
（3）在25℃时，将a mol?L-1的氨水与0.01mol?L-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH4+）=c（Cl-），依据电解质溶液电荷守恒c（NH4+）+c（H+）=c（OH-）+c（Cl-），得到c（H+）=c（OH-），溶液呈中性；溶液中c（OH-）=10-7mol/L，c（NH4+）=c（Cl-）=
×0.01mol?L-1=0.005mol?L-1，故混合后溶液中c（NH3．H2O）=
×amol?L-1-0.005mol?L-1=（0.5a-0.005）mol/L，NH3?H2O的电离常数=
=
=
故答案为：中，
；
电极反应为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
故答案为：N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O；
②原电池负极电极反应为N2H4+4OH--4e-=N2+4H2O，正极电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，工作一段时间后正极附近溶液的pH变化增大；
故答案为：增大；
③若用该电池电解以石墨为电极的100mL氯化铜溶液，一段时间后，两极均收集到2.24L气体物质的量为0.1mol，电极反应为：阳极2Cl--2e-=Cl2↑，若生成0.1mol氯气转移电子0.2mol，阴极电极反应，Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，生成0.1mol氢气转移电子0.2mol，分析判断可知阳极除生成氯气外，还有氧气生成，电极反应4OH--4e-=2H2O+O2↑，电解过程是先电极氯化铜，再电解水，依据生成氢气为0.1mol，计算得到氧气0.05mol，生成氯气0.05mol，所以阴极得到电子的铜离子物质的量为0.05mol，原溶液中铜离子浓度=
| 0.05mol |
| 0.1L |
故答案为：0.5 mol?L-1；
（2）已知25℃Ksp[Mg（OH）2]=1.8×10-11，Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20，Mg（OH）2Cu（OH）2组成相似，溶度积常数越小，越易析出沉淀，在25℃时，向浓度均为0.1mol?L-1的MgCl2和CuCl2 混合溶液中逐滴加入氨水，首先生成氢氧化铜沉淀，反应的离子方程式为：Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+；
故答案为：Cu（OH）2；Cu2++2NH3?H20=Cu（OH）2↓+2NH4+；
（3）在25℃时，将a mol?L-1的氨水与0.01mol?L-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c（NH4+）=c（Cl-），依据电解质溶液电荷守恒c（NH4+）+c（H+）=c（OH-）+c（Cl-），得到c（H+）=c（OH-），溶液呈中性；溶液中c（OH-）=10-7mol/L，c（NH4+）=c（Cl-）=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| c(NH4+)c(OH-) |
| C(NH3?H2O) |
| 0.005mol/L×10-7mol/L |
| (0.5a-0.005)mol/L |
| 10-9 |
| a-0.01 |
故答案为：中，
| 10-9 |
| a-0.01 |
点评：本题考查了原电池、电解池原理的分析应用，电极反应，电极计算应用，沉淀溶解平衡的分析判断．弱电解质的电离平衡常数计算应用，题目难度较大．
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