Question

维持pH的稳定对生命体的生理活动、化学电源的高效工作等具有重要意义。

(1)常温下，在不同试剂中加入酸或碱后体系pH的变化如下表所示。

试剂	pH
初始	通入0.01 mol HCl气体	加入0.01 mol NaOH固体
i.1 L H2O	7	a	12
ii.0.10 mol CH3COOH+0.10 mol CH3COONa配制成1 L的溶液	4.76	4.67	4.85

①a=____________(忽略通入HCl气体前后体系的体积变化)。

②结合化学用语解释试剂ii显酸性的原因：____________。

③试剂ii中微粒浓度关系正确的有____________(填序号)。

a. c(CH₃COOH)>c(Na⁺)>c(CH₃COO^-)

b. 2c(H⁺)=c(CH₃COO^-)-c(CH₃COOH)+2c(OH^-)

c. c(CH₃COOH)+c(CH₃COO^-)=0.2 mol/L

④由表中数据可知，试剂ii的pH受一定量的酸和碱的影响不大。溶液的这种能对抗外来少量强酸、强碱或适当稀释，而保持溶液的pH几乎不变的作用称为缓冲作用。下列溶液具有缓冲作用的是____________(填序号)。

a. HCl—NaCl    b. Na₂CO₃—NaHCO₃    c. NH₃·H₂O-NH₄Cl    d. KOH—KCl

(2)缓冲溶液应用在某种液钒电池中能稳定电池的输出电流，该电池装置示意图如下图所示，电池的总反应如下：

Zn+2VOSO₄+2H₂SO₄ZnSO₄+V₂(SO₄)₃+2H₂O

已知：VOSO₄和V₂(SO₄)₃的电离方程式分别为VOSO₄=VO²⁺+SO₄^2-；V₂(SO₄)₃=2V³⁺+3SO₄^2-；

①放电时，B室中c(H⁺)____________(填“增大”“减小”或“不变”)，结合化学用语说明理由：______。

②充电时，A室中的c(H⁺)变化缓慢的原因是____________。

Answer

2 试剂ii中同时存在醋酸的电离平衡CH3COOHCH3COO-+H+和醋酸根的水解平衡CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-，相同条件下，醋酸的电离平衡的限度大于醋酸根的水解平衡限度，当CH3COOH与CH3COO-的初始浓度相等时，溶液中c(H+)>c(OH-) bc bc 减小 放电时，B室发生正极反应：VO2++e-+2H+=V3++H2O；由电极反应可知，转移1 mol e-消耗2 mol H+，同时有1 mol H+通过质子交换膜进入B室，因此总体c(H+)降低 充电时，H+通过质子膜从B室进入A室，A室溶液中的CH3COO-与H+结合成CH3COOH(或“CH3COOH-CH3COONa溶液有缓冲作用”)，从而使c(H+)的变化减缓

【解析】

(1)①根据先计算c(H+)，然后pH=-lgc(H+)得到a的值；

②结合弱酸的电离平衡及盐的水解平衡分析；

③结合醋酸的电离平衡和醋酸根的水解程度及物料守恒、电荷守恒大小分析；

④根据弱电解质的电离平衡和盐的水解平衡分析；

(2)①放电时装置为原电池，结合VOSO4变为V2(SO4)3分析溶液中c(H+)的变化；

②根据A室中的缓冲溶液的作用分析判断。

(1)①c(HCl)==0.01 mol/L，则pH=-lgc(H+)=-lg10-2=2；

②将0.10 mol CH3COOH和0.10 mol CH3COONa配制成1 L的溶液，得到0.10 mol/L和0.10 mol/L的混合溶液，在该混合溶液中同时存在醋酸的电离平衡CH3COOHCH3COO-+H+和醋酸根的水解平衡CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-；在相同条件下，CH3COOH的电离程度大于CH3COO-的水解程度，所以当CH3COOH与CH3COO-的初始浓度相等时，溶液中c(H+)>c(OH-)；

③a. 在该溶液中存在0.10 mol/L的CH3COOH、CH3COONa的混合溶液，c(Na+)=0.10 mol/L，由于醋酸的电离程度大于醋酸根的水解程度，所以c(CH3COO-)>0.1 mol/L，c(CH3COOH)<0.10 mol/L，因此溶液中微粒浓度c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)，a错误；

b. 由物料守恒可得①c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(Na+)；由电荷守恒可得②c(CH3COO-)-+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，将②×2-①，整理可得2c(H+)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)+2c(OH-)，b正确；

c. 根据物料守恒可知c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=2c(Na+)=0.2 mol/L，c正确；

故合理选项是bc；

④a. 向HCl—NaCl的混合溶液中加入酸，溶液中H+浓度增大，pH减小，当加入碱时，溶液中OH-增大，溶液pH增大，a不符合题意；

b. 向Na2CO3—NaHCO3的混合溶液中加入酸，H+与CO32-反应产生HCO3-，溶液中H+浓度几乎不变，当加入碱溶液时，HCO3-与OH-反应产生CO32-和H2O，溶液pH也几乎不变，b符合题意；

c. 向NH3·H2O-NH4Cl的混合溶液中加入酸，NH3·H2O与H+反应产生NH4+，溶液中H+浓度几乎不变，当加入碱时，NH4+与OH-反应产生NH3·H2O，也使溶液中H+浓度几乎不变，因此溶液酸碱性对其pH几乎无影响，c符合题意；

d. 向KOH—KCl混合溶液中加入酸，消耗OH-，溶液中OH-浓度降低，碱性减弱；当加入碱时，溶液中溶液中OH-浓度增大，溶液碱性增强，pH发生较大的变化，d不符合题意；

故合理选项是bc；

(2)①放电时该装置为原电池，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，VOSO4电离产生的VO2+得到电子，与溶液中的H+结合反应产生V3+和H2O，电极反应式为：VO2++e-+2H+=V3++H2O；反应消耗H+，使c(H+)降低，由电极反应可知，转移1 mol e-消耗2 mol H+，同时有1 mol H+通过质子交换膜进入B室，因此总体c(H+)降低；

②在充电时，H+通过质子膜从B室进入A室，A室溶液中的CH3COO-与H+结合成CH3COOH(或“CH3COOH-CH3COONa溶液有缓冲作用”)，从而使c(H+)的变化减缓。