Question

（1）設(shè)計(jì)出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是本世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一．最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)極通入空氣，另一個(gè)極通入汽油蒸氣，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-，回答如下問(wèn)題：
這個(gè)電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正極發(fā)生的反應(yīng)是：

 

；
汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全產(chǎn)生

 

（填化學(xué)式）堵塞電極的氣體通道，有人估計(jì)，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年，這正是新一代化學(xué)家的歷史使命．
（2）某溫度下0.1mol/L Na₂CO₃溶液中，

c(Na+)

c(C O 2- 3 )

=

20

9

＞2，其原因是（用離子方程式說(shuō)明）：

 

，

C1

C2

常溫下，pH=5的H₂SO₄溶液中由水電離出的H⁺濃度為c₁；pH=5 的Al₂（SO₄）₃溶液中由水電離出的H⁺ 濃度為c₂，則=

 

；
（3）恒溫、恒壓下，在一個(gè)可變?nèi)莘e的容器中發(fā)生如下反應(yīng)：A（g）+B（g）?C（g）．
①若開(kāi)始時(shí)放入1mol A 和 1mol B，到達(dá)平衡后，生成 a  mol C，這時(shí) A 的物質(zhì)的量為

 

mol．
②若開(kāi)始時(shí)放入 X mol A、2mol B 和 1mol C，到達(dá)平衡后，A和C的物質(zhì)的量分別是 Y mol 和 3a  mol，則 X=

 

，Y=

 

．

Answer 1

分析：（1）原電池正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，燃料反應(yīng)過(guò)程中生成固體顆粒而堵塞電極的氣體通道；
（2）碳酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽易水解；酸抑制水電離，含有弱根離子的鹽促進(jìn)水電離，酸中氫氧根離子濃度等于水電離出的氫離子濃度，硫酸鋁溶液中氫離子濃度就是水電離出的氫離子濃度；
（3）①根據(jù)A和C之間的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算；
②利用等效平衡進(jìn)行分析，向容器中中加入1molC就相當(dāng)于向容器中加入1molA和1molB，恒溫、恒壓下根據(jù)生成的C為3a可知，達(dá)到的平衡與起始量加入3molA3molB所達(dá)到的平衡是相同的平衡．

解答：解：（1）該燃料電池中，負(fù)極上燃料放電，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-=2O^2-燃料反應(yīng)過(guò)程中生成固體顆粒而堵塞電極的氣體通道，固體顆粒是C，故答案為：O₂+4e^-=2O^2-，C；
（2）碳酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而鈉離子不水解，導(dǎo)致

c(Na+)

c(CO32-)

=

20

9

＞2，水解反應(yīng)方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
酸抑制水電離，含有弱根離子的鹽促進(jìn)水電離，酸中氫氧根離子濃度等于水電離出的氫離子濃度，硫酸鋁溶液中氫離子濃度就是水電離出的氫離子濃度，所以硫酸中水電離出的氫離子濃度=10^-9 mol/L，pH=5 的Al₂（SO₄）₃溶液中由水電離出的H⁺ 濃度為10^-5 mol/L，所以

C1

C2

=10^-4，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，10^-4；
（3）根據(jù)A和C之間的關(guān)系式知，生成amolC需要amolA，則平衡時(shí)A的物質(zhì)的量為（1-a）mol，
恒溫、恒壓下到達(dá)平衡后，C的物質(zhì)的量為3amol，根據(jù)等效平衡知，向容器中中加入1molC就相當(dāng)于向容器中加入1molA和1molB，結(jié)合①知，開(kāi)始時(shí)，向容器中加入的A、B的物質(zhì)的量應(yīng)該都是3mol，所以x=2，
①中平衡時(shí)B的物質(zhì)的量是（1-a）mol，則②平衡時(shí)B的物質(zhì)的量是①中的3倍，所以Y=3-3a，
故答案為：1-a，2，3-3a．

點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池原理、鹽類水解、等效平衡等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是等效平衡的運(yùn)用，注意區(qū)分恒溫恒容容器和恒溫恒壓容器的不同，題目較難．