Question

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）+H₂O（g）?△H₂=-29.1kJ?mol^-1
乙醇异构化反应2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g））?△H₃=+50.7kJ?mol^-1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ （g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的△H=

 

．
（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=

 

（用含a、b的式子表示）．
（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4.48LCO₂

 

；所得溶液中离子浓度大小排列顺序为：

 

；
（4）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池．如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

 

；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

 

，请判断T

 

25℃（填“＞”“＜”“=”）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,酸碱混合时的定性判断及有关ph的计算

专题：

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=

c(CH 3COO -)?c(H +)

c(CH 3COOH)

，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：-45.5 kJ?mol^-1；
②pH=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=

c(CH 3COO -)?c(H +)

c(CH 3COOH)

=

10 -b×10 -b

10 a-14-10 -b

=

10 -2b

10 a-14-10 -b

；
故答案为：＞；

10 -2b

10 a-14-10 -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=

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：本题综合性强，涉及盖斯定律的应用、盐类水解、电化学等，溶液中离子浓度大小比较中要判断出溶液的溶质是什么，电离和水解那个程度更大，本题考查原理较多，注重考查学生信息的整合能力以及分析问题解决问题的能力．