Question

6．北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷，亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯．
（1）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融的碳酸盐．电池反应方程式为C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；放电时CO₃^2-移向电池的负（填“正”或“负”）极．
（2）碳氢化合物完全燃烧生成CO₂和H₂O．常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃═HCO₃^-+H⁺的平衡常数K₁=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知10^-5.60=2.5×10^-6）
（3）常温下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于7，则溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，HCO₃^-的水解程度大于电离程度（用离子方程式和必要的文字说明）；常温下，已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，则溶液中C（H₂CO₃）-C（CO₃^2-）═根据质子守恒：C（H₂CO₃）+C（H⁺）═C（CO₃^2-）+C（OH^-），所以C（H₂CO₃）-C（CO₃^2-）═C（OH^-）-C（H⁺）═10^-6-10^-8═9.9×10^-7（写出计算结果）．

Answer 1

分析 （1）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融的碳酸盐．电池反应方程式为C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正极发生还原反应，反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；原电池中的阴离子向负极移动，放电时CO₃^2-移向电池的负极；
（2）依据平衡常数概念结合平衡状态下离子浓度和同时浓度计算得到；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于7，说明碳酸氢根离子的水解程度大于电离程度；已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，则溶液中根据质子守恒：C（H₂CO₃）+C（H⁺）═C（CO₃^2-）+C（OH^-）．

解答 解：（1）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融的碳酸盐．电池反应方程式为C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正极发生还原反应，反应式为：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；原电池中的阴离子向负极移动，放电时CO₃^2-移向电池的负极，
故答案为：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；负；
（2）常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H⁺）=c（HCO₃^-）=10^-5.6mol/L；c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃的第一级电离的平衡常数K₁=$\frac{c（{H}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-5.6}×1{0}^{-5.6}}{1.5×1{0}^{-5}}$=4.2×10^-7 mol•L^-1，故答案为：4.2×10^-7；
（3）常温下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液中存在电离和水解，离子方程式为：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，的pH大于7，c（OH^-）＞c（H⁺），说明HCO₃^-水解程度大于其电离程度，故c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）、c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，则溶液中根据质子守恒：C（H₂CO₃）+C（H⁺）═C（CO₃^2-）+C（OH^-），所以C（H₂CO₃）-C（CO₃^2-）═C（OH^-）-C（H⁺）═10^-6-10^-8═9.9×10^-7，
故答案为：＞；HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，HCO₃^-的水解程度大于电离程度；根据质子守恒：C（H₂CO₃）+C（H⁺）═C（CO₃^2-）+C（OH^-），所以C（H₂CO₃）-C（CO₃^2-）═C（OH^-）-C（H⁺）═10^-6-10^-8═9.9×10^-7．

点评 本题考查较为综合，涉及离子浓度大小比较、质子守恒等知识，为高考常见题型，难度中等，注意把握相关基本理论的理解和应用．