Question

19．（1）全钒液流电池储能技术及应用荣获2015年国家技术发明二等奖．其结构及工作原理如图所示，电解液均呈酸性．
①该电池放电时，正极反应为VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充电的总反应方程式为V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺．
②用该电池做电源，电解精炼铜，当外电路中通过1mol电子时，通过质子交换膜的n（H⁺）=1mol，析出铜的质量为32g．
（2）已知25℃时三种酸的电离常数如表所示：

化学式	电离常数
HCN	K=6.2×10-10
CH3COOH	K=1.8×10-5
H2CO3	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11

①等浓度的NaCN溶液、CH₃COONa溶液和Na₂CO₃溶液，溶液的pH由大到小的顺序为：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa（填化学式）．
②在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸电离出的c（H⁺）约是由水电离出的c（H⁺）的9×10⁸倍．

Answer 1

分析 （1）①放电时正极发生还原反应；充电时，阴极反应为还原反应，故为V³⁺得电子生成V²⁺的反应；
②当转移1mol电子时，阳极（左槽）产生了2mol H⁺，而槽中间的交换膜只允许H⁺通过，所以有1mol H⁺移动到右槽（溶液中有离子移动才能形成闭合回路），所以最终左槽H⁺增加了1mol H⁺；，电极反应电子守恒计算析出铜的质量．
（2）①根据酸的电离常数进行分析判断，电离常数越大，对应盐的水解程度越小，溶液的pH越小；
②0.5mol/L 的醋酸电离出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$，利用Kw来计算水电离产生的氢离子浓度，然后比较即可．

解答 解：（1）①正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充电时，阴极反应为还原反应，故为V³⁺得电子生成V²⁺的反应，电极方程式为V³⁺+e^-═V²⁺，充电时，阳极发生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，反应的总方程式为：V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺，
故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺；
②当转移1mol电子时，阳极（左槽）产生了2mol H⁺，而槽中间的交换膜只允许H⁺通过，所以有1mol H⁺移动到右槽（溶液中有离子移动才能形成闭合回路），所以最终左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以变化量为1mol，Cu²⁺+2e^-=Cu，析出铜物质的量0.5mol，质量=0.5mol×64g/mol=32g，
故答案为：1mol；32；
（2）①根据图表数据分析，电离常数：醋酸＞HCN＞碳酸氢根离子，所以等浓度的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、CH₃COONa溶液水解程度为：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液，故溶液的pH为：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
故答案为：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
②0.5mol/L 的醋酸电离出的c（H⁺）的电离平衡为CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，电离平衡常数计算为：$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{0.5-c（{H}^{+}）}$=1.8×10^-5，0.5mol/L 的醋酸电离出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$≈3×10^-3mol/L，水电离出的氢离子浓度c（H⁺）=c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{3×1{0}^{-3}}$，则由HAC电离出的c（H⁺）约为水电离出的c（H⁺）倍数为：$\frac{3×1{0}^{-3}}{\frac{1}{3}×1{0}^{-11}}$=9×10⁸，在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸电离出的c（H⁺）约是由水电离出的c（H⁺）的9×10⁸倍，故答案为：9×10⁸．

点评 本题考查盐类水解的应用，溶液酸碱性和pH的计算判断，溶液中离子浓度的大小比较，综合性较强，题目难度中等．