Question

4．已知含銅離子的顏色主要有Cu（H₂O）₄²⁺（藍色）、CuCl₄^2-（黃色）、Cu（NH₃）₄²⁺（深藍色）等．
（1）16g銅在足量的氯氣中燃燒生成固體產物放出的熱量為56.8kJ．寫出銅在氯氣中燃燒的熱化學方程式為Cu（s）+Cl₂═CuCl₂（s）△H=-227.2kJ/mol．
（2）向氯化銅溶液中滴加氨水至過量，最終生成Cu（NH₃）₄²⁺，觀察到的現象是藍色溶液中逐漸產生藍色沉淀，隨后沉淀逐漸溶解，最終變成深藍色溶液．
（3）CuCl₂溶液中的銅主要以Cu（H₂O）₄²⁺、CuCl₄^2-形式存在，將CuCl₂溶于濃鹽酸中，存在下列平衡：Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2- （aq）+4H₂O（l）△H＜0
①該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（CuC{l}_{4}^{2-}）}{{c}^{4}（C{l}^{-}）c[Cu（{H}_{2}O）_{4}^{2+}]}$．
②常溫下，測定平衡體系中：Cu（H₂O）₄²⁺濃度為a mol•L^-1、Cl^-濃度為b mol•L^-1、CuCl₄^2-濃度為c mol•L^-1，Cl^-的轉化率為$\frac{4c}{b+4c}×100%$（用含a、b、c的字母表示）．
③將c₁mol•L^-1CuCl₂溶液和c₂mol•L^-1 HCl溶液等體積混合，測得混合溶液中c（Cl^-）與溫度T的關系如圖所示．簡述溫度高于T₁ K時，隨著溫度升高，c（Cl^-）增大的原因溫度升高，CuCl₄^2-解離生成Cu（H₂O）₄²⁺和Cl^-．
④用惰性電極電解濃度較大CuCl₂溶液，陽極的電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，當電解到一定程度，陰極附近出現藍色Cu（OH）₂絮狀物．常溫下，經測定陰極附近溶液的pH=m，此時陰極附近c（Cu²⁺）=2.2×10^8-2m mol•L^-1 （已知：Cu（OH）₂的Ksp=2.2×10^-20）．

Answer 1

分析 （1）Cu在足量Cl₂中燃燒生成CuCl₂，16gCu的物質的量為0.25mol；
（2）向氯化銅溶液中滴加氨水至過量，最終生成Cu（NH₃）₄²⁺，反應先生成藍色Cu（OH）₂沉淀，然后沉淀溶解生成深藍色溶液，其中含有Cu（NH₃）₄²⁺；
（3）①反應為：Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2- （aq）+4H₂O（l），化學平衡常數表達式中應列入離子的系數次冪；
②根據反應方程式計算Cl^-的起始濃度，轉化的濃度與起始濃度的比值的百分數即為平衡轉化率；
③c₁mol/LCuCl₂溶液和c₂mol/L HCl溶液等體積混合，反應產生CuCl₄^2-，高于T₁ K時，隨著溫度升高，溶液中c（Cl^-）增大，考慮CuCl₄^2-的解離；
④用惰性電極電解濃度較大CuCl₂溶液，陽極為物質得到電子，發(fā)生還原反應，當電解到一定程度，陰極附近出現藍色Cu（OH）₂絮狀物，常溫下測得陰極附近溶液的pH=m，根據溶度積常數計算陰極附近c（Cu²⁺）．

解答 解：（1）Cu在足量Cl₂中燃燒生成CuCl₂，16gCu的物質的量為0.25mol，則1molCu反應放出熱量227.2kJ/mol，
則銅在氯氣中燃燒的熱化學方程式為：Cu（s）+Cl₂═CuCl₂（s）△H=-227.2kJ/mol，
故答案為：Cu（s）+Cl₂═CuCl₂（s）△H=-227.2kJ/mol；
（2）向氯化銅溶液中滴加氨水至過量，最終生成Cu（NH₃）₄²⁺，反應先生成藍色Cu（OH）₂沉淀，然后沉淀溶解生成深藍色溶液，其中含有Cu（NH₃）₄²⁺，則觀察到的現象是：藍色溶液中逐漸產生藍色沉淀，隨后沉淀逐漸溶解，最終變成深藍色溶液，
故答案為：藍色溶液中逐漸產生藍色沉淀，隨后沉淀逐漸溶解，最終變成深藍色溶液；
（3）①反應為：Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2- （aq）+4H₂O（l），則該反應的化學平衡常數為：K=$\frac{c（CuC{l}_{4}^{2-}）}{{c}^{4}（C{l}^{-}）c[Cu（{H}_{2}O）_{4}^{2+}]}$，
故答案為：K=$\frac{c（CuC{l}_{4}^{2-}）}{{c}^{4}（C{l}^{-}）c[Cu（{H}_{2}O）_{4}^{2+}]}$；
②常溫下，測定平衡體系中：Cu（H₂O）₄²⁺濃度為a mol/L、Cl^-濃度為b mol/L、CuCl₄^2-濃度為c mol/L，根據反應方程式，則起始時c（Cl^-）=（b+4c）mol/L，則Cl^-的平衡轉化率為α=$\frac{4c}{b+4c}×100%$，
故答案為：$\frac{4c}{b+4c}×100%$；
③c₁mol/LCuCl₂溶液和c₂mol/L HCl溶液等體積混合，反應產生CuCl₄^2-，高于T₁ K時，隨著溫度升高，溶液中c（Cl^-）增大，考慮CuCl₄^2-的解離，可能是由于溫度升高，導致CuCl₄^2-的解離，
故答案為：溫度升高，CuCl₄^2-解離生成Cu（H₂O）₄²⁺和Cl^-；
（4）用惰性電極電解濃度較大CuCl₂溶液，陽極為物質得到電子，發(fā)生還原反應，則陽極的電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當電解到一定程度，陰極附近出現藍色Cu（OH）₂絮狀物，常溫下測得陰極附近溶液的pH=m，則c（OH^-）=10^m-14mol/L，則此時陰極附近c（Cu²⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Cu（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（1{0}^{m-14}）^{2}}$=2.2×10^8-2mmol/L，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；2.2×10^8-2m．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含配合物的形成，熱化學方程式的書寫，化學平衡常數的表達式的書寫，電化學原理，溶度積常數的計算，均為高頻考點，題目難度不大，是基礎題．