48第四章 电解质溶液

Page11/22/2020化学奥赛培训教程之第五章电解质溶液第一节电解质溶液中的平衡1、常温下，某溶液中的H+浓度为1.0×10－3mol/L。则该溶液中仅由水电离出来的c(H+)可能是（）A．1.0×10－3mol/LB．1.0×10－7mol/LC．1.0×10－9mol/LD．1.0×10－11mol/L解析：常温下，溶液中的H+浓度为1.0×10－3mol/L，可知茯pH=3，小于7，故该溶液显酸性。而溶液显酸性可能是由于溶质（酸）电离出的H+或水解产生的H+造成的，所以要分两种情况。当溶质为酸时，对水的电离起抑制作用，这时由水电离的c(H+)1.0×10－7mol/L，应以溶液中浓度小的c(OH－)为准，由Kw计算为c(H+)=c(OH－)=1.0×10－11mol/L，选D；当溶质为强酸弱碱生成的盐类时，对水的电离起促进作用，这时由水电离出的c(H+)1.0×10－7mol/L，应以溶液中浓度大的c(H+)为标准，即c(H+)=1.0×10－3mol/L，选A。所以答案为A、D。注：本题考查酸、盐对水的电离平衡的影响及分析推理能力。2、25℃时，在0.1mol/L某种弱酸的钠盐NaA溶液中，水的电离度为α1，在0.1mol/L的盐酸中，水的电离度为α2，若91210,则0.1mol/LNaA溶液的pH约为（）A．4B．7C．10D．13解析：理解在NaA溶液中，水的电离受到促进；在HCl溶液中，水的电离受到抑制是解本题的关键。根据题意，有：A－＋H2OHA＋OH－1－xxx1(OH)(OH)11xccH2OH+＋OH－1－x0.1＋xx(0.1＋x)x=10－14x=10－13(mol/L)Page21/22/202013132911329134101011(OH)1010(OH)101010(mol/L)xcc所以，NaA中的c(H+)=10－10，pH=10，故选C。3、将相同物质的量浓度的某弱酸（A为弱酸根）溶液与KA溶液等体积混匀，测得混合后溶液pH=10，则下列关系式正确的是（）A．c(K+)c(A－)B．c(A－)c(HA)C．c(K+)c(A－)D．c(HA)＋c(H+)=c(K+)＋c(OH－)解：此溶液的电荷守恒式为：c(H+)＋c(K+)=c(OH－)＋c(A－)因为pH=10，c(OH－)c(H+)所以c(K+)c(A－)。因此A错误，C正确。此溶液的物料守恒关系式为：c(总)=c(HA)＋c(A－)=c(HA)＋c(H+)＋c(K+)－c(OH－)=2c(K+)因为c(HA)＋c(H+)=c(K+)＋c(OH－)，因此D正确。由c(K+)=c(A－)＋c(OH－)－c(H+)所以c(HA)＋c(H+)=c(A－)＋c(OH－)－c(H+)＋c(OH－)c(HA)＋2c(H+)=c(A－)＋2c(OH－)因为c(OH－)c(H+)故有c(HA)c(A－)因此B不正确。所以本题答案为C、D。Page31/22/2020注：本题考查溶液中粒子浓度大小的比较与等式关系，要求熟练掌握并能应用电离平衡，水解平衡等知识。4、某一元弱酸HA，用适当方法称此酸重6.675g，配成1.000LpH为2.853的溶液。将此溶液部分移入250cm3的锥形瓶中，用未知浓度的NaOH溶液进行滴定，当滴入3.77cm3的NaOH溶液时，溶液的pH为4.000，继续滴入至16.00cm3，溶液的pH为5.000。试求：（1）此一元弱酸HA的Ka。（2）HA的相对分子质量。解析：设cb为NaOH溶液的浓度，Vb为化学计量点时NaOH溶液滴入的体积，ca为未知酸的初始浓度，Va为未知酸的初始体积。则caVa=cb·Vb。在滴入过程中，因体系为缓冲溶液体系，所以aabbabb[H]cVcVKcV4.000aabbbbaabbba5.000ba3.773.77103.773.773.773.7716.001016.00cVccVcKKccVKVK两式相除得：3bbb3.7716.0010.025.02cm16.003.77VVV代入缓冲溶液公式中，求得Ka=1.77×10－5。未知酸的pH=2.853，所以aa22.85323a5a[H][H](10)0.1112(molgdm)1.77106.67560.020.1112KccKMPage41/22/20205、将未知质量的某酸溶于未知量水中，用未知浓度的强碱去滴定，当用去3.05mL强碱时，溶液的pH=4.00，当用去强碱12.91mL时，pH=5.00，试计算该酸的Ka。解析：设c(NaOH)为NaOH的浓度，V(NaOH)为滴到化学计量点所滴入的NaOH溶液体积，未知酸HA的浓度为c(a)，体积为V(a)。则：c(a)V(a)=c(NaOH)V(NaOH)由于未滴到化学计量点前，溶液的组成是由未被中和的HA及其钠盐组成的缓冲溶液，所以a[H]cKc酸盐当滴入3.05mLNaOH时，pH=4.00，此时aa4.005.00a(a)(a)(NaOH)3.05(NaOH)(NaOH)(NaOH)3.05(NaOH)3.05(NaOH)[(NaOH)3.05][H](NaOH)3.05(NaOH)3.053.0510(NaOH)12.91，[H]1012.91cVccVcVcVccVcVKcVKVK酸总总盐总所以同理联立方程，解得V(NaOH)=20.15(mL)，代入方程中任一个，得Ka=1.78×10－5注：本题考查缓冲溶液知识及应用缓冲溶液知识解决问题的能力。第二节电化学1、（上海市2001年奥赛初赛试题）银器皿日久表面因生成硫化银而逐渐变黑色。将一定浓度的食盐溶液放入铝制容器中，再将变黑的银器浸入此溶液中，放置一段时间后，黑色就会褪去。该过程中银不会损失，但会产生臭鸡蛋气味的气体。关于这一处理的以下说法中错误的是（）Page51/22/2020A．铝是还原剂，硫化银是氧化剂B．食盐是一种反应物，但未被氧化与还原C．水也是一种反应物，也未被氧化与还原D．处理过程中，铝离子、硫离子发生了水解反应解析：本题涉及具体元素化合物方面的知识，中学生不一定都了解，但所涉及的反应原理却未超过中学知识的范围。通过认真分析题意，将题干与选项结合起来考虑，则不难找出正确答案。根据题意，反应体系中有Al、NaCl溶液、Ag2S、H2O等物质，反应产物中有Ag、H2S等。Ag2S变成Ag，被还原，是氧化剂，在反应体系中能作还原剂的只能是Al，则选项A正确。Al作还原剂，应被氧化为Al3+，而Al3+易水解，且题目中已知有臭鸡蛋气味的气体产生，说明有S2－的水解产物H2S产生，故选项D也正确。NaCl在体系中的作用是传导电流，相当于电解水中辊入的少量H2SO4或NaOH，本身未参加电极反应，故并不能算是一种反应物，所以选项B不符合题意。2、（2001年安徽省化学竞赛初赛试题）近年来研究表明高铁酸盐在能源、环境保护等方面有着广泛的用途。我国学者提出在浓NaOH溶液中用电化学法来制备高铁酸盐24[FeO]，电解装置如图所示。阳极发生的电极反应为①，阴极发生的电极反应为②，总电解反应方程式为③。电解一段时间后，收集到的某种气体为3.36dm3(已换成标准状态)那么获得的高铁酸钠的物质的量为④，阳极区周围溶液的pH⑤（填“升高”、“降低”或“不变”）。解析：高铁酸盐如Na2FeO4，Fe从0价升到＋6价，则它在电池反应的反应物中必是还原剂，那么在电解池中，它必是阳极，而另一个镍电极是惰性电极，氧化剂必是水中的H+，生成氢气。答案：①阳极反应：Fe＋8H－－6e－=24FeO＋4H2O②阴极反应：2H2O＋2e－=H2＋2OH－③电解反应（称为总电池反应）：Fe＋2H2O＋2OH－电解24FeO＋3H2④23.36(H)0.15(mol)22.4n224(H)0.15(FeO)0.050(mol)33nn所以Page61/22/2020⑤阳极反应消耗OH－离子，所以pH降低。3、以惰性金属作阴极，金属铜为阳极组成电解槽，以淀粉碘化钾水溶液为电解液。电解开始不久，阴极区滴入酚酞试液呈红色，而阳极区溶液仍为无色。过了相当一段时间后，阳极区溶液才呈蓝色，则阴极区发生的电极反应是①，阳极区发生的电极反庆和电池反应是②。为了使阳极区溶液电解开始不久即呈蓝色，应采取的措施为③。解析：①从阴极区的现象可想到电极反应中有OH－生成，所以酚酞变红，因此阴极反应为：2H2O＋2e－=H2＋2OH－②阳极区现象说明电解时并没有发生2I－－2e－=I2，而发生了其他电极反应，再由电极反应的产物I－反应生成I2。由于开始电解，电解产物的浓度极小，逐步积累到一定程度才能与I－反应生成I2，此时淀粉才变蓝色。那么阳极到底发生什么反应？可能发生的电极反应：阳极溶出：Cu－2e－=Cu2+10.36VI－放电：2I－－2e－=I220.54V若发生后一个电极反应，则电解一开始淀粉就会变蓝，但实际并非如此，所以没有发生2I－－2e－=I2。若发生前一个电极反应，由于电解得到的Cu2+浓度是由零向浓度增大方向进行，当Cu2+浓度增大到一定程度时，发生：2Cu2+＋4I－=2CuI＋I2此时淀粉溶液才变蓝色。为什么在这相当一段时间内几乎没有现象呢？因为224Cu(HO)的蓝色本身就不深，当浓度很小时，就非常接近于无色，又不会与I－发生反应，也不会与OH－生成Cu(OH)2↓，所以没有变化。因此，阴极反应应是Cu－2e－=Cu2+，而电池反应为：Cu＋2H2O电解Cu2+＋H2↑＋2OH－Page71/22/2020当达到一定浓度时，立即发生：2Cu2+＋4I－=2CuI＋I2由于这两个反应是接踵而来，有时也把电解反应写成这两个反应的总反应，即：2Cu＋4H2O＋4I－电解2CuI＋I2＋4OH－＋2H2↑若这个电解体系继续下去，还会发生许多副反应，如：I2－2OH－=I－＋IO－＋H2O所以此题的答案应以出现蓝色为止，具体答案为：阳极反应：Cu－2e－=Cu2+电池反应：Cu＋2H2O电解Cu2+＋H2↑＋2OH－或2Cu＋4H2O＋4I－电解2CuI＋I2＋4OH－＋2H2↑③只要将Cu电极换成惰性电极，就避免了阳极溶出反应，而发生2I－－2e－=I2反应。答案：①2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－②阳极电极反应Cu－2e－=Cu2+电池反应Cu＋2H2O电解Cu2+＋H2↑＋2OH－或2Cu＋4H2O＋4I－电解2CuI＋I2＋4OH－＋2H2↑③将Cu电极换成惰性电极。4、设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－离子。回答如下问题：（1）以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式_____________。（2）这个电池的正极发生的反应是________________；负极发生的反应是_________；固体电解质里的O2－的移动方向是：________________；向外电路释放电子的电极是______________________________。Page81/22/2020（3）人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是_________________________________。（4）你认为在ZrO2晶体里掺杂Y2O3，用Y3+代替晶体里部分的Zr4+对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？_____________________。（5）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生_______________会堵塞电极的气体通道。有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，这正是