Question

6．以下是對化學(xué)反應(yīng)變化過程及結(jié)果的研究．按要求回答問題：
（1）已知：甲醇脫水反應(yīng)2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng)2CH₃OH（g）=C₂H₄ （g）+2H₂O（g）D△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng)C₂H₅OH（g）=CH₃OCH₃（g））D△H₃=+50.7kJ•mol^-1
則乙烯氣相直接水合反應(yīng)：C₂H₄ （g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ/mol．
（2）在25℃下，將pH=a的氫氧化鈉溶液與pH=b的醋酸溶液等體積混合，若兩溶液恰好完全反應(yīng)，則a+b＞14（填＞、“＜”或“=”）；該溫度下醋酸的電離常數(shù)K=$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$（用含a、b的式子精確表示）
（3）用一個離子方程式表示反應(yīng)：100ml 3mol•L^-1NaOH溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCO₂3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；所得溶液中離子濃度大小排列順序為：C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）；
（4）廢氨水可以轉(zhuǎn)化成氨，氨再設(shè)計成堿性燃料電池．圖是該燃料電池示意圖，產(chǎn)生的X氣體可直接排放到大氣中．a(chǎn)電極電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；T℃下，某研究員測定NH₃•H₂O的電離常數(shù)為1.8×10^-5，NH₄⁺的水解平衡常數(shù)為1.5×10^-8（水解平衡也是一種化學(xué)平衡，其平衡常數(shù)即水解常數(shù)），則該溫度下水的離子積常數(shù)為2.7×10^-13，請判斷T＞25℃（填“＞”“＜”“=”）

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式并求焓變；
（2）pH=a的氫氧化鈉溶液中c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L，醋酸部分電離，則pH=b的醋酸溶液中c（醋酸）＞10^-bmol/L，酸堿恰好中和，則酸的物質(zhì)的量與堿的物質(zhì)的量相等，據(jù)此分析；醋酸的電離常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$，c（醋酸）=c（NaOH），氫離子濃度已知，則可以計算出K；
（3）先分析溶液中的成分，再根據(jù)鹽類的水解和電荷守恒來分析，注意鹽類的水解是微弱的；
（4）氨氣作燃料應(yīng)充入負(fù)極區(qū)，堿性燃料電池氫氧根離子常參與電極反應(yīng)，氨氣中的N失去電子化合價升高，由于X無污染可以確定X為氮氣，根據(jù)Kw=Kh×Kb代入計算即可，Kw與溫度成正比，以此判斷T與25℃的大小．

解答 解：（1）已知：甲醇脫水反應(yīng)  ①2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-23.9kJ•mol^-1
甲醇制烯烴反應(yīng) ②2CH₃OH（g）═C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1
乙醇異構(gòu)化反應(yīng) ③C₂H₅OH（g）═CH₃OCH₃（g）△H₃=+50.7kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律①-②-③可得：C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=（-23.9+29.1-50.7）kJ/mol=-45.5kJ/mol，故答案為：-45.5kJ/mol；
（2）pH=a的氫氧化鈉溶液中c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L，醋酸部分電離，則pH=b的醋酸溶液中c（醋酸）＞10^-bmol/L，酸堿恰好中和，則酸的物質(zhì)的量與堿的物質(zhì)的量相等，則c（NaOH）=c（OH^-）=10^a-14mol/L=c（醋酸）＞10^-bmol/L，所以10^a-14＞10^-b，則a+b＞14；c（醋酸）=c（NaOH）=10^a-14mol/L，c（H⁺）=c（CH₃COO^-）=10^-bmol/L，則醋酸的電離常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）•c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{1{0}^{-b}•1{0}^{-b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$=$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$，故答案為：＞；$\frac{1{0}^{-2b}}{1{0}^{a-14}-1{0}^{-b}}$；
（3）100mL 3mol•L^-1的NaOH的物質(zhì)的量=3mol/L×0.1L=0.3mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48LCO₂的物質(zhì)的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，這樣OH^-：2CO₂=3：2；離子方程式為：3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；反應(yīng)后的溶液就是0.1mol的NaHCO₃和0.1mol的Na₂CO₃，無論碳酸鈉還是碳酸氫鈉，溶液都呈堿性，即：C（OH^-）＞C（H⁺），溶液中氫氧根離子有兩個來源，一個是碳酸根離子水解，一個是碳酸氫根離子水解，碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子的水解，所以C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-），故溶液中各離子濃度大小順序是C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺），
故答案為：3OH^-+2CO₂═CO₃^2-+HCO₃^-+H₂O；C（Na⁺）＞C（HCO₃^-）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（H⁺）；
（4）在燃料電池中，可燃物充入負(fù)極區(qū)，所以NH₃充入的a極作負(fù)極，產(chǎn)生的X氣體為氧化產(chǎn)物，可直接排放到大氣中，說明X對大氣無污染，因此X為氮氣，由該燃料電池示意圖可知負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物有水，由于是堿性電池，氫氧根離子也參與負(fù)極電極反應(yīng)，綜上所述可寫出負(fù)極反應(yīng)式：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；根據(jù)公式Kw=Kh×Kb，T℃下Kw=1.5×10^-8×1.8×10^-5=2.7×10^-13；水的電離是吸熱的，所以溫度越高Kw越大，由于2.7×10^-13＞1.0×10^-14，所以T＞25℃，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；2.7×10^-13；＞．

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、酸堿混合溶液的有關(guān)計算，難度不大，側(cè)重于考查學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力和數(shù)據(jù)處理能力．