Question

19．（1）全釩液流電池儲能技術及應用榮獲2015年國家技術發明二等獎．其結構及工作原理如圖所示，電解液均呈酸性．
①該電池放電時，正極反應為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充電的總反應方程式為V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺．
②用該電池做電源，電解精煉銅，當外電路中通過1mol電子時，通過質子交換膜的n（H⁺）=1mol，析出銅的質量為32g．
（2）已知25℃時三種酸的電離常數如表所示：

化學式	電離常數
HCN	K=6.2×10-10
CH3COOH	K=1.8×10-5
H2CO3	K1=4.4×10-7 K2=4.7×10-11

①等濃度的NaCN溶液、CH₃COONa溶液和Na₂CO₃溶液，溶液的pH由大到小的順序為：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa（填化學式）．
②在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸電離出的c（H⁺）約是由水電離出的c（H⁺）的9×10⁸倍．

Answer 1

分析 （1）①放電時正極發生還原反應；充電時，陰極反應為還原反應，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應；
②當轉移1mol電子時，陽極（左槽）產生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過，所以有1mol H⁺移動到右槽（溶液中有離子移動才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺；，電極反應電子守恒計算析出銅的質量．
（2）①根據酸的電離常數進行分析判斷，電離常數越大，對應鹽的水解程度越小，溶液的pH越小；
②0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$，利用Kw來計算水電離產生的氫離子濃度，然后比較即可．

解答 解：（1）①正極反應是還原反應，由電池總反應可知放電時的正極反應為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充電時，陰極反應為還原反應，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應，電極方程式為V³⁺+e^-═V²⁺，充電時，陽極發生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，反應的總方程式為：V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；V³⁺+VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+V²⁺；
②當轉移1mol電子時，陽極（左槽）產生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過，所以有1mol H⁺移動到右槽（溶液中有離子移動才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以變化量為1mol，Cu²⁺+2e^-=Cu，析出銅物質的量0.5mol，質量=0.5mol×64g/mol=32g，
故答案為：1mol；32；
（2）①根據圖表數據分析，電離常數：醋酸＞HCN＞碳酸氫根離子，所以等濃度的NaCN溶液、Na₂CO₃溶液、CH₃COONa溶液水解程度為：Na₂CO₃溶液＞NaCN溶液＞CH₃COONa溶液，故溶液的pH為：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
故答案為：Na₂CO₃＞NaCN＞CH₃COONa；
②0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）的電離平衡為CH₃COOH?CH₃COO^-+H⁺，電離平衡常數計算為：$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{0.5-c（{H}^{+}）}$=1.8×10^-5，0.5mol/L 的醋酸電離出的c（H⁺）=$\sqrt{cKa}$=$\sqrt{1.8×1{0}^{-3}×0.5mol/L}$≈3×10^-3mol/L，水電離出的氫離子濃度c（H⁺）=c（OH^-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{3×1{0}^{-3}}$，則由HAC電離出的c（H⁺）約為水電離出的c（H⁺）倍數為：$\frac{3×1{0}^{-3}}{\frac{1}{3}×1{0}^{-11}}$=9×10⁸，在0.5mol•L^-1的醋酸溶液中由醋酸電離出的c（H⁺）約是由水電離出的c（H⁺）的9×10⁸倍，故答案為：9×10⁸．

點評 本題考查鹽類水解的應用，溶液酸堿性和pH的計算判斷，溶液中離子濃度的大小比較，綜合性較強，題目難度中等．