Question

運用化學反應原理研究氮、氧等單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）發射衛星時可用肼（N₂H₄）作燃料，其方程式為：
N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O，若將此反應設計成如右圖所示的原電池裝置，請回答：
①負極反應式為：

N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O

；
②工作一段時間后正極附近溶液的pH變化為

增大

（填“增大”“減小”或“不變”）；
③若用該電池電解以石墨為電極的100mL氯化銅溶液，一段時間后，兩極均收集到2.24L氣體（已換算成標準狀況下的體積），則原溶液中Cu²⁺的物質的量濃度為

0.5 mol?L^-1

．
（2）在25℃時，向濃度均為0.1mol?L^-1的MgCl₂和CuCl₂ 混合溶液中逐滴加入氨水，首先生成

Cu（OH）₂

沉淀（填化學式），生成該沉淀的離子方程式為

Cu²⁺+2NH₃?H₂0=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺

．（已知25℃K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）．
（3）在25℃時，將a mol?L^-1的氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），則溶液顯

中

性（填“酸”“堿”或“中”），用含a的代數式表示NH₃?H₂O的電離常數k_b=

10-9

a-0.01

．

Answer 1

分析：（1）①、負極失電子發生氧化反應，依據元素化合價變化分析結合電解質溶液是堿性書寫負極電極反應；
②、依據正極電極反應產物分析判斷溶液PH變化；
③、依據電解過程中電極反應和電子守恒計算得到；
（2）依據氫氧化銅和氫氧化鎂溶度積比較，組成相似，溶度積常數越小越易析出沉淀；依據沉淀生成寫出離子方程式；
（3）依據電解質溶液電荷守恒分析判斷溶液酸堿性；依據一水合氨電離常數不隨濃度變化結合離子濃度計算電離常數；

解答：解：（1）①N₂H₄+O₂=N₂+2H₂O反應設計原電池，圖中電解質溶液是堿性溶液，氮元素化合價-2變化為0價，失電子發生氧化反應，
電極反應為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；
故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O；   
②原電池負極電極反應為N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂+4H₂O，正極電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，工作一段時間后正極附近溶液的pH變化增大；
故答案為：增大；
③若用該電池電解以石墨為電極的100mL氯化銅溶液，一段時間后，兩極均收集到2.24L氣體物質的量為0.1mol，電極反應為：陽極2Cl^--2e^-=Cl₂↑，若生成0.1mol氯氣轉移電子0.2mol，陰極電極反應，Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.1mol氫氣轉移電子0.2mol，分析判斷可知陽極除生成氯氣外，還有氧氣生成，電極反應4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，電解過程是先電極氯化銅，再電解水，依據生成氫氣為0.1mol，計算得到氧氣0.05mol，生成氯氣0.05mol，所以陰極得到電子的銅離子物質的量為0.05mol，原溶液中銅離子濃度=

0.05mol

0.1L

=0.5mol/L
故答案為：0.5 mol?L^-1；
（2）已知25℃K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，Mg（OH）₂Cu（OH）₂組成相似，溶度積常數越小，越易析出沉淀，在25℃時，向濃度均為0.1mol?L^-1的MgCl₂和CuCl₂ 混合溶液中逐滴加入氨水，首先生成氫氧化銅沉淀，反應的離子方程式為：Cu²⁺+2NH₃?H₂0=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺；
故答案為：Cu（OH）₂；Cu²⁺+2NH₃?H₂0=Cu（OH）₂↓+2NH₄⁺；
（3）在25℃時，將a mol?L^-1的氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，反應平衡時溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-），依據電解質溶液電荷守恒c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-），得到c（H⁺）=c（OH^-），溶液呈中性；溶液中c（OH^-）=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.01mol?L^-1=0.005mol?L^-1，故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

×amol?L^-1-0.005mol?L^-1=（0.5a-0.005）mol/L，NH₃?H₂O的電離常數=

c(NH4+)c(OH-)

C(NH3?H2O)

=

0.005mol/L×10-7mol/L

(0.5a-0.005)mol/L

=

10-9

a-0.01

故答案為：中，

10-9

a-0.01

；

點評：本題考查了原電池、電解池原理的分析應用，電極反應，電極計算應用，沉淀溶解平衡的分析判斷．弱電解質的電離平衡常數計算應用，題目難度較大．