Question

2010年春，发生在滇、黔、桂、渝、川等省的严重旱情牵动了全国人民的心，水是组成生命体的重要化学物质，有关水的反应很多．

（1）水分子自身作用会生成阴、阳两种离子，写出其电离方程式

 

；现欲使水的电离平衡向右移动，且所得溶液显碱性，选择方法是

 

．（填编号）
A．加入NaHSO₃固体    B．加入Na₂CO₃固体     C．加热至100℃
D．加入NH₄C1固体     E．加入金属钠         F．通入氨气
（2）常温下，浓度均为0.1kJ?mol^-1的下列五种钠盐溶液pH如下表：

溶质	Na2CO3	NaHCO3	CH3COONa	Na2SO3	NaHSO3	NaClO
pH	11.6	9.7	8.9	10.0	4.0	10.3

Na₂CO₃，Na₂SO₃溶液中，结合H⁺能力CO

2- 3

 

SO

2- 3

（填“大于”“等于”“小于”）；根据表中数据，将等浓度的下列四种酸溶液分别稀释100倍，pH变化最大的是

 

（填编号）．
A．HClO         B．CH₄COOH
C．H₂SO₃        D．H₂CO₃
（3）丰田PRIUS汽车采用Ni-MH电池作为车载电源，Ni-MH电池的充放电原理如图1所示：放电时负极反应为

 

，M的化合价

 

（填“升高”“降低”“不变”）．
（4）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如图2（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为

 

；
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应式为

 

；
③V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为

 

；
（5）已知：当溶液中某离子浓度小于10^-5 mol?L^-1时，可
以认为该离子沉淀完全：1g2=0.3，几种物质的K_sp如下表：

物质	Fe（OH）2	Al（OH）3	Mg（OH）2
Ksp	4.0×1017	2.7×10-32	5.6×10-12

当向含相同浓度Fe²⁺、Al³⁺、Mg²⁺离子的溶液中滴加浓氨水时，

 

（填离子符号）先沉淀：当Fe²⁺沉淀完全时，溶液的pH为

 

．

Answer 1

考点：盐类水解的应用,原电池和电解池的工作原理,水的电离,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）水为弱电解质，电离出水合氢离子和氢氧根离子；使水的电离平衡向右移动，且所得溶液显碱性，说明水的电离程度增大，溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度；
（2）越容易水解的盐，越容易结合氢离子，相同浓度的钠盐溶液，pH越大则盐的水解程度越大，浓度相同的酸稀释相同的倍数后，酸性越强的酸其pH变化越大；
（3）放电时负极发生氧化反应，根据图1判断反应物及生成物，形成电极反应式，根据电极反应判断M的化合价变化；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应；
（5）根据各离子的溶度积计算出开始生成沉淀时需要的氢氧根离子的浓度，然后根据计算结果判断优先生成沉淀的离子；亚铁离子完全沉淀时，可以认为亚铁离子浓度为10^-5mol?L^-1，根据氢氧化铁的溶度积计算出氢氧根离子浓度，再计算出溶液的pH．

解答： （1）水为电解质，水的电离方程式为：2H₂O?H₃O⁺+OH^-；
若水的电离平衡向右移动，所得溶液显碱性，说明水的电离程度增大，溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，
A．加入NaHSO₃固体，亚硫酸根离子电离程度大于水解程度，溶液显示酸性，故A错误；
B．加入Na₂CO₃固体，碳酸根离子水解促进了水的电离，水的电离平衡向右移动，溶液显示碱性，故B正确；
C．加热至100℃，水的电离程度中等，但是溶液仍然显示中性，故C错误；
D．加入NH₄C1固体，铵根离子水解，溶液显示酸性，故D错误；
E．加入金属钠，钠与水电离的氢离子反应，水的电离平衡向右移动，溶液显示碱性，故E正确；         
F．通入氨气，一水合氨电离出氢氧根离子，溶液显示碱性，抑制了水的电离，故F错误；
故答案为：2H₂O?H₃O⁺+OH^-；BE；
（2）越容易水解的盐，越容易结合氢离子，相同浓度的钠盐溶液，pH越大则盐的水解程度越大，由于Na₂CO₃溶液的pH大于Na₂SO₃，所以结合H⁺能力：CO₃^2-＞SO₃^2-；浓度相同的酸稀释相同的倍数后，酸性越强的酸其pH变化越大，H₂SO₃、HClO、CH₃COOH、H₂CO₃四种酸的酸性大小顺序是：H₂SO₃＞CH₃COOH＞H₂CO₃＞HClO，所以溶液的pH变化最大的是：C．H₂SO₃，
故答案为：＞；C；
（3）放电时负极发生氧化反应，MH失去电子，电极反应式为：HM+OH^--e^-=M+H₂O，该反应中M的化合价没有发生变化，
故答案为：HM+OH^--e^-=M+H₂O；不变；
（4）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH₄）≤2mol，则0＜n（CO₂）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，则2mol＜n（CO₂）≤4mol，发生反应①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，则负极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案为：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
③当V=67.2 L时，n（CH₄）=3mol，n（CO₂）=3mol，则电池总反应式为3CH₄+6O₂+4KOH=K₂CO₃+2KHCO₃+7H₂O，则得到1molK₂CO₃和2molKHCO₃的溶液，则c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）设浓度c=1mol/L，根据物质的溶度积常数可知，Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺四种金属离开始沉淀时的OH^-浓度值（mol/L）分别是：

4×10-17 c

=

0.4

×10^-8＜

5.6×10-12 c

=

5.6

×10^-6、

3	2.7×10-32 c

=3×10^-11，即3×10^-11＜

0.4

×10^-8＜

5.6

×10^-6，氢氧化铝开始沉淀需要的氢氧根离子浓度最小，所以Al³⁺优先沉淀；当Fe²⁺沉淀完全时，亚铁离子浓度小于10^-5mol?L^-1，则此时溶液中氢氧根离子浓度为：

4×10-17 10-5

mol/L=2×10^-6mol/L，溶液中氢离子浓度为5×10^-9mol/L，溶液pH=-lg5×10^-9=9-lg5=9-（1-lg2）=8.3，
故答案为：Al³⁺；8.3．

点评：本题考查了盐的水解应用、原电池与电解池工作原理、难溶电解质的溶解平衡等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较多，充分考查了学生对书写知识的掌握情况；注意掌握原电池与电解池工作原理及发生电极反应．