Question

6．北京奧運(yùn)會(huì)“祥云”火炬燃料是丙烷，亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)火炬燃料是丙烯．
（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(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融的碳酸鹽．電池反應(yīng)方程式為C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；放電時(shí)CO₃^2-移向電池的負(fù)（填“正”或“負(fù)”）極．
（2）碳?xì)浠�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(dá)到平衡時(shí)，溶液的pH=5.60，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═HCO₃^-+H⁺的平衡常數(shù)K₁=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知10^-5.60=2.5×10^-6）
（3）常溫下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于7，則溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，HCO₃^-的水解程度大于電離程度（用離子方程式和必要的文字說明）；常溫下，已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，則溶液中C（H₂CO₃）-C（CO₃^2-）═根據(jù)質(zhì)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（寫出計(jì)算結(jié)果）．

Answer 1

分析 （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(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融的碳酸鹽．電池反應(yīng)方程式為C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；原電池中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)，放電時(shí)CO₃^2-移向電池的負(fù)極；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念結(jié)合平衡狀態(tài)下離子濃度和同時(shí)濃度計(jì)算得到；
（3）0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH大于7，說明碳酸氫根離子的水解程度大于電離程度；已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，則溶液中根據(jù)質(zhì)子守恒：C（H₂CO₃）+C（H⁺）═C（CO₃^2-）+C（OH^-）．

解答 解：（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(fù)極通入丙烷，電解質(zhì)是熔融的碳酸鹽．電池反應(yīng)方程式為C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；原電池中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)，放電時(shí)CO₃^2-移向電池的負(fù)極，
故答案為：C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O；O₂+2CO₂+4e^-=2 CO₃^2-；負(fù)；
（2）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水，達(dá)到平衡時(shí)，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(shù)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，故答案為：4.2×10^-7；
（3）常溫下，0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液中存在電離和水解，離子方程式為：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，的pH大于7，c（OH^-）＞c（H⁺），說明HCO₃^-水解程度大于其電離程度，故c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）、c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），已知0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液的pH等于8，則溶液中根據(jù)質(zhì)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，
故答案為：＞；HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺、HCO₃^-+H₂0?H₂CO₃+OH^-，HCO₃^-的水解程度大于電離程度；根據(jù)質(zhì)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．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及離子濃度大小比較、質(zhì)子守恒等知識，為高考常見題型，難度中等，注意把握相關(guān)基本理論的理解和應(yīng)用．