Question

（1）如圖1，橫坐標為溶液的pH，縱標為金屬離子的物質的量濃度的對數（當溶液中金屬離子濃度≤10^-5mol?L^-1時，可認為沉淀完全）．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節溶液的pH=5.6時，溶液中存在的金屬陽離子為

 

②從圖1中數據計算可得Fe（OH）₂的溶度積K_sp[Fe（OH）₂]=

 

（2）25℃時，測得濃度為0.1mol?L^-1的HA溶液的pH=3，則HA的電離常數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．工業上有一種用CO₂來生產甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1某科學實驗將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化如2圖所示（實線）．圖中數據a（1，6）代表的意思是：在1 min時H₂的物質的量是6mol．
①下列時間段平均反應速率最大的是

 

，最小的是

 

．
A.0-1min   B.1-3min  C.3-8min  D.8-11min
②僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗測得H₂的物質的量隨時間變化如圖2中虛線所示，曲線Ⅰ對應的實驗改變的條件是

 

，曲線Ⅱ對應的實驗改變的條件是

 

．
③根據該反應特點，此反應自發進行的條件是

 

（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）．
（4）鐵是一種廉價的金屬，除了做為重要的結構材料外，現又有了新的用途，磷酸聚合物鐵鋰電池以其廉價、高容量和安全性逐漸占據市場．高鐵電池的研究也在進行中．下圖是高鐵電池的實驗裝置：

已知放電后，兩極反應均生成Fe的+3價的化合物．
①該電池放電時正極發生的電極反應是

 

．
②若該電池屬于二次電池，則充電時陰極反應的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①向混合溶液中通入氨氣調節溶液的pH=5.6時，由圖象可知易生成Fe（OH）₃沉淀；
②根據K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）計算．
（2）根據電離常數K_a=

c(H+)?c(A-)

c(HA)

計算；
（3）①單位時間氫氣的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，單位時間氫氣的物質的量的變化量越小，平均反應速率越小．
②由圖2可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動；
曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動；
結合反應的特征進行分析；
③反應自發進行的判斷依據是：△H-T?△S＜0，據此分析；
（4）①FeO₄^2-在正極得電子生成Fe³⁺；
②充電時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節溶液的pH=5.6時，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（K_a）=10^-5．
故答案為：10^-5mol?L^-1；
（3）①A．由圖2可知，0～1min內氫氣的變化量為8mol-6mol=2mol；
B．1～3min內氫氣的變化量為6mol-3mol=3mol，平均1min變化量為1.5mol；
C．3～8min內氫氣的變化量為3mol-2mol=1mol，平均1min變化量為0.2mol；
D．8～11min達平衡狀態，氫氣的物質的量不再變化．
故0～1min速率最大，8～11min速率最小．
故答案為：A；D．
②對于可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反應是體積減小的放熱反應．
由圖2可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動，可以采取的措施為：升高溫度．
曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動，可以采取的措施為：增大壓強或者是增大CO₂濃度．
故答案為：升高溫度；增大壓強或者是增大CO₂濃度；
③反應自發進行的判斷依據是：△H-T?△S＜0，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，由反應可知該反應為熵減小的反應，
若要△H-T?△S＜0，則需在低溫條件下進行，
故答案為：低溫；
（4）①FeO₄^2-在正極得電子生成Fe³⁺，其電極反應式為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
故答案為：FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃↓+5OH^-；
②充電時Fe（OH）₃在陰極得電子生成Fe，其電極反應式為：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-，
故答案為：Fe（OH）₃+3e^-═Fe+3OH^-．

點評：本題考查化學平衡圖象、反應速率大小判斷、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到平衡，以此判斷溫度或壓強的高低，再依據外界條件對平衡的影響解答．