Question

北京奧運會“祥云”火炬燃料是丙烷（C₃H₈），亞特蘭大奧運會火炬燃料是丙烯（C₃H₆）．
（1）以丙烷為燃料制作新型燃料電池，電池的正極通入O₂和CO₂，負極通入丙烷，電解質是熔融碳酸鹽．電池總反應方程式為

 

；放電時，CO₃^2-移向電池的

 

（填“正”或“負”）極．
（2）碳氫化合物完全燃燒生成CO₂和H₂O．常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.25×10^-5mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃=HCO₃^-+H⁺的平衡常數K₁=

 

．（已知：10^-5.60=2.5×10^-6）
（3）常溫NaHCO₃溶液中c（H₂CO₃）

 

c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是

 

（用離子方程式和必要的文字說明）

Answer 1

考點：化學電源新型電池,弱電解質在水溶液中的電離平衡,鹽類水解的應用

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學專題

分析：（1）負極通入丙烷，碳元素的化合價升高，電池的正極通入O₂，氧元素的化合價降低，以此來書寫電池總反應方程式，原電池中陰離子向負極移動；
（2）依據平衡常數概念結合平衡狀態(tài)下離子濃度和同時濃度計算得到；
（3）根據NaHCO₃溶液的中HCO₃^-的水解程度大于自身的電離程度來回答．

解答： 解：負極通入丙烷，碳元素的化合價升高，電池的正極通入O₂，氧元素的化合價降低，即丙烷與氧氣反應生成二氧化碳和水，則電池的總反應為C₃H₈+5O₂═3CO₂+4H₂O，原電池中陰離子向負極移動，即CO₃^2-移向電池的負極，故答案為：C₃H₈+5O₂═3CO₂+4H₂O；負；
（2）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達到平衡時，溶液的pH=5.60，c（H⁺）=c（HCO₃^-）=10^-5.6mol/L；c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol?L^-1．若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級電離，則H₂CO₃的第一級電離的平衡常數K₁=

c(H+)?c(HCO3-)

c(H2CO3)

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=4.2×10^-7 mol?L^-1，故答案為：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（3）因NaHCO₃溶液顯堿性，HCO₃^-的水解程度大于自身的電離程度，即NaHCO₃溶液中既存在電離平衡為HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，水解平衡為HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于電離程度，
故答案為：＞；因為NaHCO₃溶液中既存在電離平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于電離程度．

點評：本題考查了燃料電池的工作原理、弱電解質平衡常數的計算、鹽類水解的分析，題目難度中等．