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4.已知含铜离子的颜色主要有Cu(H2O)42+(蓝色)、CuCl42-(黄色)、Cu(NH3)42+(深蓝色)等.
(1)16g铜在足量的氯气中燃烧生成固体产物放出的热量为56.8kJ.写出铜在氯气中燃烧的热化学方程式为Cu(s)+Cl2═CuCl2(s)△H=-227.2kJ/mol.
(2)向氯化铜溶液中滴加氨水至过量,最终生成Cu(NH3)42+,观察到的现象是蓝色溶液中逐渐产生蓝色沉淀,随后沉淀逐渐溶解,最终变成深蓝色溶液.
(3)CuCl2溶液中的铜主要以Cu(H2O)42+、CuCl42-形式存在,将CuCl2溶于浓盐酸中,存在下列平衡:Cu(H2O)42+(aq)+4Cl-(aq)?CuCl42- (aq)+4H2O(l)△H<0
①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c(CuC{l}_{4}^{2-})}{{c}^{4}(C{l}^{-})c[Cu({H}_{2}O)_{4}^{2+}]}$.
②常温下,测定平衡体系中:Cu(H2O)42+浓度为a mol•L-1、Cl-浓度为b mol•L-1、CuCl42-浓度为c mol•L-1,Cl-的转化率为$\frac{4c}{b+4c}×100%$(用含a、b、c的字母表示).
③将c1mol•L-1CuCl2溶液和c2mol•L-1 HCl溶液等体积混合,测得混合溶液中c(Cl-)与温度T的关系如图所示.简述温度高于T1 K时,随着温度升高,c(Cl-)增大的原因温度升高,CuCl42-解离生成Cu(H2O)42+和Cl-.
④用惰性电极电解浓度较大CuCl2溶液,阳极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu,当电解到一定程度,阴极附近出现蓝色Cu(OH)2絮状物.常温下,经测定阴极附近溶液的pH=m,此时阴极附近c(Cu2+)=2.2×108-2m mol•L-1 (已知:Cu(OH)2的Ksp=2.2×10-20).

分析 (1)Cu在足量Cl2中燃烧生成CuCl2,16gCu的物质的量为0.25mol;
(2)向氯化铜溶液中滴加氨水至过量,最终生成Cu(NH3)42+,反应先生成蓝色Cu(OH)2沉淀,然后沉淀溶解生成深蓝色溶液,其中含有Cu(NH3)42+;
(3)①反应为:Cu(H2O)42+(aq)+4Cl-(aq)?CuCl42- (aq)+4H2O(l),化学平衡常数表达式中应列入离子的系数次幂;
②根据反应方程式计算Cl-的起始浓度,转化的浓度与起始浓度的比值的百分数即为平衡转化率;
③c1mol/LCuCl2溶液和c2mol/L HCl溶液等体积混合,反应产生CuCl42-,高于T1 K时,随着温度升高,溶液中c(Cl-)增大,考虑CuCl42-的解离;
④用惰性电极电解浓度较大CuCl2溶液,阳极为物质得到电子,发生还原反应,当电解到一定程度,阴极附近出现蓝色Cu(OH)2絮状物,常温下测得阴极附近溶液的pH=m,根据溶度积常数计算阴极附近c(Cu2+).

解答 解:(1)Cu在足量Cl2中燃烧生成CuCl2,16gCu的物质的量为0.25mol,则1molCu反应放出热量227.2kJ/mol,
则铜在氯气中燃烧的热化学方程式为:Cu(s)+Cl2═CuCl2(s)△H=-227.2kJ/mol,
故答案为:Cu(s)+Cl2═CuCl2(s)△H=-227.2kJ/mol;
(2)向氯化铜溶液中滴加氨水至过量,最终生成Cu(NH3)42+,反应先生成蓝色Cu(OH)2沉淀,然后沉淀溶解生成深蓝色溶液,其中含有Cu(NH3)42+,则观察到的现象是:蓝色溶液中逐渐产生蓝色沉淀,随后沉淀逐渐溶解,最终变成深蓝色溶液,
故答案为:蓝色溶液中逐渐产生蓝色沉淀,随后沉淀逐渐溶解,最终变成深蓝色溶液;
(3)①反应为:Cu(H2O)42+(aq)+4Cl-(aq)?CuCl42- (aq)+4H2O(l),则该反应的化学平衡常数为:K=$\frac{c(CuC{l}_{4}^{2-})}{{c}^{4}(C{l}^{-})c[Cu({H}_{2}O)_{4}^{2+}]}$,
故答案为:K=$\frac{c(CuC{l}_{4}^{2-})}{{c}^{4}(C{l}^{-})c[Cu({H}_{2}O)_{4}^{2+}]}$;
②常温下,测定平衡体系中:Cu(H2O)42+浓度为a mol/L、Cl-浓度为b mol/L、CuCl42-浓度为c mol/L,根据反应方程式,则起始时c(Cl-)=(b+4c)mol/L,则Cl-的平衡转化率为α=$\frac{4c}{b+4c}×100%$,
故答案为:$\frac{4c}{b+4c}×100%$;
③c1mol/LCuCl2溶液和c2mol/L HCl溶液等体积混合,反应产生CuCl42-,高于T1 K时,随着温度升高,溶液中c(Cl-)增大,考虑CuCl42-的解离,可能是由于温度升高,导致CuCl42-的解离,
故答案为:温度升高,CuCl42-解离生成Cu(H2O)42+和Cl-;
(4)用惰性电极电解浓度较大CuCl2溶液,阳极为物质得到电子,发生还原反应,则阳极的电极反应式为:Cu2++2e-=Cu,当电解到一定程度,阴极附近出现蓝色Cu(OH)2絮状物,常温下测得阴极附近溶液的pH=m,则c(OH-)=10m-14mol/L,则此时阴极附近c(Cu2+)=$\frac{{K}_{sp}[Cu(OH)_{2}]}{{c}^{2}(O{H}^{-})}$=$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{(1{0}^{m-14})^{2}}$=2.2×108-2mmol/L,
故答案为:Cu2++2e-=Cu;2.2×108-2m.

点评 本题考查化学原理部分知识,包含配合物的形成,热化学方程式的书写,化学平衡常数的表达式的书写,电化学原理,溶度积常数的计算,均为高频考点,题目难度不大,是基础题.

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