Question

6．以下是对化学反应变化过程及结果的研究．按要求回答问题：
（1）已知：甲醇脱水反应2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应2CH₃OH（g）=C₂H₄ （g）+2H₂O（g）D△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应C₂H₅OH（g）=CH₃OCH₃（g））D△H₃=+50.7kJ•mol^-1
则乙烯气相直接水合反应：C₂H₄ （g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ/mol．
（2）在25℃下，将pH=a的氢氧化钠溶液与pH=b的醋酸溶液等体积混合，若两溶液恰好完全反应，则a+b＞14（填＞、“＜”或“=”）；该温度下醋酸的电离常数K=$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$（用含a、b的式子精确表示）
（3）用一个离子方程式表示反应：100ml 3mol•L^-1NaOH溶液中通入标准状况下4.48LCO₂3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；所得溶液中离子浓度大小排列顺序为：C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）；
（4）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池．图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中．a电极电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；T℃下，某研究员测定NH₃•H₂O的电离常数为1.8×10^-5，NH₄⁺的水解平衡常数为1.5×10^-8（水解平衡也是一种化学平衡，其平衡常数即水解常数），则该温度下水的离子积常数为2.7×10^-13，请判断T＞25℃（填“＞”“＜”“=”）

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律构造目标热化学方程式并求焓变；
（2）pH=a的氢氧化钠溶液中c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L，醋酸部分电离，则pH=b的醋酸溶液中c（醋酸）＞10^-bmol/L，酸碱恰好中和，则酸的物质的量与碱的物质的量相等，据此分析；醋酸的电离常数K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$，c（醋酸）=c（NaOH），氢离子浓度已知，则可以计算出K；
（3）先分析溶液中的成分，再根据盐类的水解和电荷守恒来分析，注意盐类的水解是微弱的；
（4）氨气作燃料应充入负极区，碱性燃料电池氢氧根离子常参与电极反应，氨气中的N失去电子化合价升高，由于X无污染可以确定X为氮气，根据Kw=Kh×Kb代入计算即可，Kw与温度成正比，以此判断T与25℃的大小．

解答 解：（1）已知：甲醇脱水反应  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烃反应 ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇异构化反应 ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根据盖斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol，故答案为：-45.5kJ/mol；
（2）pH=a的氢氧化钠溶液中c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L，醋酸部分电离，则pH=b的醋酸溶液中c（醋酸）＞10^-bmol/L，酸碱恰好中和，则酸的物质的量与碱的物质的量相等，则c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L=c（醋酸）＞10^-bmol/L，所以10^a-14＞10^-b，则a+b＞14；c（醋酸）=c（NaOH）=10^a-14mol/L，c（H⁺）=c（CH₃COO^-）=10^-bmol/L，则醋酸的电离常数K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-b}•1{0}^{-b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$=$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$，故答案为：＞；$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$；
（3）100mL 3mol•L^-1的NaOH的物质的量=3mol/L×0.1L=0.3mol，标准状况下4.48LCO₂的物质的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，这样OH^-：2CO₂=3：2；离子方程式为：3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；反应后的溶液就是0.1mol的NaHCO₃和0.1mol的Na₂CO₃，无论碳酸钠还是碳酸氢钠，溶液都呈碱性，即：C（OH^-）＞C（H⁺），溶液中氢氧根离子有两个来源，一个是碳酸根离子水解，一个是碳酸氢根离子水解，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子的水解，所以C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-），故溶液中各离子浓度大小顺序是C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），
故答案为：3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）；
（4）在燃料电池中，可燃物充入负极区，所以NH₃充入的a极作负极，产生的X气体为氧化产物，可直接排放到大气中，说明X对大气无污染，因此X为氮气，由该燃料电池示意图可知负极反应产物有水，由于是碱性电池，氢氧根离子也参与负极电极反应，综上所述可写出负极反应式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；根据公式Kw=Kh×Kb，T℃下Kw=1.5×10^-8×1.8×10^-5=2.7×10^-13；水的电离是吸热的，所以温度越高Kw越大，由于2.7×10^-13＞1.0×10^-14，所以T＞25℃，
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；2.7×10^-13；＞．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、酸碱混合溶液的有关计算，难度不大，侧重于考查学生对知识的综合应用能力和数据处理能力．