Question

（1）以甲烷为燃料制作新型燃料电池，电解质为氢氧化钾溶液．电池负反应式为

 

；放电时钾离子移向电池的

 

（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=

 

（已知10^-5.60=2.5×10^-6）
（3）常温下，0.1mol?L^-1NaHCO₃溶液的pH大于8，则溶液中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：原电池和电解池的工作原理,弱电解质在水溶液中的电离平衡,盐类水解的原理

专题：

分析：（1）氢氧燃料电池中，甲烷从负极通入，在反应中失电子被氧化，碱性条件下生成碳酸根离子和水；阳离子移向正极；
（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）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：（1）在甲烷燃料电池中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，电极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；在原电池中阳离子移向正极，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；正；
（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=

[H+]?[HCO3-]

[H2CO3]

=

10-5.6×10-5.6

1.5×10-5

=4×10^-7 mol?L^-1，故答案为：4×10^-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：大于；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，侧重于考查学生对基础知识的应用能力．