Question

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C₃H₈），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C₃H₆）．
（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，电解质是熔融碳酸盐．电池总反应方程式为

 

；放电时，CO₃^2-移向电池的

 

（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）=1.25×10^-5mol?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=

 

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

 

c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是

 

（用离子方程式和必要的文字说明）

Answer 1

考点：化学电源新型电池,弱电解质在水溶液中的电离平衡,盐类水解的应用

专题：电离平衡与溶液的pH专题,电化学专题

分析：（1）负极通入丙烷，碳元素的化合价升高，电池的正极通入O₂，氧元素的化合价降低，以此来书写电池总反应方程式，原电池中阴离子向负极移动；
（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）根据NaHCO₃溶液的中HCO₃^-的水解程度大于自身的电离程度来回答．

解答： 解：负极通入丙烷，碳元素的化合价升高，电池的正极通入O₂，氧元素的化合价降低，即丙烷与氧气反应生成二氧化碳和水，则电池的总反应为C₃H₈+5O₂═3CO₂+4H₂O，原电池中阴离子向负极移动，即CO₃^2-移向电池的负极，故答案为：C₃H₈+5O₂═3CO₂+4H₂O；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=

c(H+)?c(HCO3-)

c(H2CO3)

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=4.2×10^-7 mol?L^-1，故答案为：4.2×10^-7 mol?L^-1；
（3）因NaHCO₃溶液显碱性，HCO₃^-的水解程度大于自身的电离程度，即NaHCO₃溶液中既存在电离平衡为HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，水解平衡为HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于电离程度，
故答案为：＞；因为NaHCO₃溶液中既存在电离平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于电离程度．

点评：本题考查了燃料电池的工作原理、弱电解质平衡常数的计算、盐类水解的分析，题目难度中等．