Question

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：    ；
②工作一段时间后正极附近溶液的pH变化为    （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    ．
（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    沉淀（填化学式），生成该沉淀的离子方程式为    ．（已知25℃K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[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    性（填“酸”“碱”或“中”），用含a的代数式表示NH₃?H₂O的电离常数k_b=    ．

Answer 1

【答案】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；
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℃K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[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，；
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．