Question

（1）設計出燃料電池使汽油氧化直接產生電流是本世紀最富有挑戰性的課題之一．最近有人制造了一種燃料電池，一個極通入空氣，另一個極通入汽油蒸氣，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-，回答如下問題：
這個電池負極發生的反應是：C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正極發生的反應是：

 

；
汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應不完全產生

 

（填化學式）堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應至少還需10年，這正是新一代化學家的歷史使命．
（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，在一個可變容積的容器中發生如下反應：A（g）+B（g）?C（g）．
①若開始時放入1mol A 和 1mol B，到達平衡后，生成 a  mol C，這時 A 的物質的量為

 

mol．
②若開始時放入 X mol A、2mol B 和 1mol C，到達平衡后，A和C的物質的量分別是 Y mol 和 3a  mol，則 X=

 

，Y=

 

．

Answer 1

分析：（1）原電池正極上得電子發生還原反應，燃料反應過程中生成固體顆粒而堵塞電極的氣體通道；
（2）碳酸鈉是強堿弱酸鹽易水解；酸抑制水電離，含有弱根離子的鹽促進水電離，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A和C之間的關系式進行計算；
②利用等效平衡進行分析，向容器中中加入1molC就相當于向容器中加入1molA和1molB，恒溫、恒壓下根據生成的C為3a可知，達到的平衡與起始量加入3molA3molB所達到的平衡是相同的平衡．

解答：解：（1）該燃料電池中，負極上燃料放電，正極上氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-=2O^2-燃料反應過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）碳酸鈉是強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解而鈉離子不水解，導致

c(Na+)

c(CO32-)

=

20

9

＞2，水解反應方程式為：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A和C之間的關系式知，生成amolC需要amolA，則平衡時A的物質的量為（1-a）mol，
恒溫、恒壓下到達平衡后，C的物質的量為3amol，根據等效平衡知，向容器中中加入1molC就相當于向容器中加入1molA和1molB，結合①知，開始時，向容器中加入的A、B的物質的量應該都是3mol，所以x=2，
①中平衡時B的物質的量是（1-a）mol，則②平衡時B的物質的量是①中的3倍，所以Y=3-3a，
故答案為：1-a，2，3-3a．

點評：本題考查原電池原理、鹽類水解、等效平衡等知識點，難點是等效平衡的運用，注意區分恒溫恒容容器和恒溫恒壓容器的不同，題目較難．