Question

（1）如圖1，橫坐標(biāo)為溶液的pH，縱標(biāo)為金屬離子的物質(zhì)的量濃度的對數(shù)（當(dāng)溶液中金屬離子濃度≤10^-5mol?L^-1時(shí)，可認(rèn)為沉淀完全）．試回答下列問題：

①腐蝕銅板后的溶液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺濃度均為0.1mol?L^-1，今向混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時(shí)，溶液中存在的金屬陽離子為

 

②從圖1中數(shù)據(jù)計(jì)算可得Fe（OH）₂的溶度積K_sp[Fe（OH）₂]=

 

（2）25℃時(shí)，測得濃度為0.1mol?L^-1的HA溶液的pH=3，則HA的電離常數(shù)K_a=

 

（3）固定和利用CO₂能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體．工業(yè)上有一種用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如2圖所示（實(shí)線）．圖中數(shù)據(jù)a（1，6）代表的意思是：在1 min時(shí)H₂的物質(zhì)的量是6mol．
①下列時(shí)間段平均反應(yīng)速率最大的是

 

，最小的是

 

．
A.0-1min   B.1-3min  C.3-8min  D.8-11min
②僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2中虛線所示，曲線Ⅰ對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改變的條件是

 

，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)改變的條件是

 

．
③根據(jù)該反應(yīng)特點(diǎn)，此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是

 

（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）．
（4）鐵是一種廉價(jià)的金屬，除了做為重要的結(jié)構(gòu)材料外，現(xiàn)又有了新的用途，磷酸聚合物鐵鋰電池以其廉價(jià)、高容量和安全性逐漸占據(jù)市場．高鐵電池的研究也在進(jìn)行中．下圖是高鐵電池的實(shí)驗(yàn)裝置：

已知放電后，兩極反應(yīng)均生成Fe的+3價(jià)的化合物．
①該電池放電時(shí)正極發(fā)生的電極反應(yīng)是

 

．
②若該電池屬于二次電池，則充電時(shí)陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①向混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時(shí)，由圖象可知易生成Fe（OH）₃沉淀；
②根據(jù)K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）計(jì)算．
（2）根據(jù)電離常數(shù)K_a=

c(H+)?c(A-)

c(HA)

計(jì)算；
（3）①單位時(shí)間氫氣的物質(zhì)的量的變化量越大，表明平均速率越大，單位時(shí)間氫氣的物質(zhì)的量的變化量越小，平均反應(yīng)速率越�。�
②由圖2可知，曲線Ⅰ最先到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
曲線Ⅱ到達(dá)平衡的時(shí)間比原平衡短，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
結(jié)合反應(yīng)的特征進(jìn)行分析；
③反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是：△H-T?△S＜0，據(jù)此分析；
（4）①FeO₄^2-在正極得電子生成Fe³⁺；
②充電時(shí)Fe（OH）₃在陰極得電子生成Fe．

解答：解：（1）①向混合溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH=5.6時(shí)，由圖象可知易生成Fe（OH）₃沉淀，溶液中存在的金屬陽離子為Cu²⁺、Fe²⁺，
故答案為：Cu²⁺、Fe²⁺；
②由圖象可知：c（Fe²⁺）=1.0×10^-5（mol?L^-1），c（OH^-）=1.0×10^-6（mol?L^-1）
K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-17（mol?L^-1）³，
故答案為：1.0×10^-17（mol?L^-1）³．
（2）HA?A^-+H⁺
起始（mol/L）：0.1       0     0
變化（mol/L）：10^-3      10^-3 10^-3
平衡（mol/L）：0.1-10^-3 10^-3 10^-3
電離程度Ka=

c(H+)?c(A-)

c(HA)

=

10-3×10-3

0.1-10-3

≈10^-5，
電離常數(shù)（K_a）=10^-5．
故答案為：10^-5mol?L^-1；
（3）①A．由圖2可知，0～1min內(nèi)氫氣的變化量為8mol-6mol=2mol；
B．1～3min內(nèi)氫氣的變化量為6mol-3mol=3mol，平均1min變化量為1.5mol；
C．3～8min內(nèi)氫氣的變化量為3mol-2mol=1mol，平均1min變化量為0.2mol；
D．8～11min達(dá)平衡狀態(tài)，氫氣的物質(zhì)的量不再變化．
故0～1min速率最大，8～11min速率最�。�
故答案為：A；D．
②對于可逆反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)．
由圖2可知，曲線Ⅰ最先到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，可以采取的措施為：升高溫度．
曲線Ⅱ到達(dá)平衡的時(shí)間比原平衡短，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應(yīng)增大反應(yīng)速率且平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，可以采取的措施為：增大壓強(qiáng)或者是增大CO₂濃度．
故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)或者是增大CO₂濃度；
③反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是：△H-T?△S＜0，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，由反應(yīng)可知該反應(yīng)為熵減小的反應(yīng)，
若要△H-T?△S＜0，則需在低溫條件下進(jìn)行，
故答案為：低溫；
（4）①FeO₄^2-在正極得電子生成Fe³⁺，其電極反應(yīng)式為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
故答案為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
②充電時(shí)Fe（OH）₃在陰極得電子生成Fe，其電極反應(yīng)式為：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-，
故答案為：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率大小判斷、外界條件對平衡的影響，原電池、電解池等，題目難度較大，注意圖象2中利用“先拐先平”，即曲線先折拐的首先達(dá)到平衡，以此判斷溫度或壓強(qiáng)的高低，再依據(jù)外界條件對平衡的影響解答．