Question

如圖是一種以某燃料電池為電源，對氯化鈉溶液進行電解的裝置．該燃料電池的電解質是摻雜氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂），在熔融狀態下能傳導O^2-．
（1）下列對該燃料電池的說法中正確的是

 

A．電池工作時，在熔融電解質中，O^2-定向移向負極
B．a處通入空氣，發生氧化反應：O₂-4e^-=2O^2-
C．b處通入丁烷，電極反應為：C₄H₁₀+26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O
D．電池總反應為為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O
（2）若X電極為鐵，Y電極為石墨，則在石墨電極上發生的電極反應是：

 

．
（3）若X電極為鐵，Y電極為石墨，U形管中裝有200mL濃度為3.5mol/L的NaCl溶液．
①檢驗Y電極上生成的物質的實驗方法是

 

．
②若消耗燃料丁烷0.02mol，則電解裝置中生成的氣體在標準狀況下的體積共為

 

L．

Answer 1

分析：根據電解質溶液中氧離子移動方向知，b是負極，a是正極，X為陰極，Y為陽極，
（1）該燃料電池中，負極上丁烷失電子發生氧化反應，電極反應式為C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正極上得電子發生還原反應，電極反應式為O₂-4e^-=2O^2-，所以電池反應式為2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O；
（2）若X為Fe，Y為石墨，石墨作陽極，陽極上氯離子放電；
（3）①若X為Fe，Y為石墨，石墨作陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣能和碘離子發生置換反應，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色；
②根據轉移電子相等計算生成氣體的體積．

解答：解：原電池放電時，陰離子向負極移動，根據氧離子的移動方向知，b是負極，a是正極，X為陰極，Y為陽極，
（1）A．電池工作時，在熔融電解質中，O^2-定向移向負極，陽離子向正極移動，故A正確；
B．a是正極，正極上通入空氣，氧氣得電子發生還原反應：O₂-4e^-=2O^2-，故B錯誤；
C．b處通入丁烷，丁烷失電子發生氧化反應，電極反應為：C₄H₁₀-26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O，故C錯誤；
D．負極電極反應式為C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正極電極反應式為O₂-4e^-=2O^2-，所以電池反應式為2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，故D正確；
故答案為：A  D； 
（2）若X為Fe，Y為石墨，石墨作陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）①若X為Fe，Y為石墨，石墨作陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣能和碘離子發生置換反應生成單質碘，碘遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色，所以可以用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗氯氣，其檢驗方法為：將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近電極Y的氣體出口處，若試紙變藍，則說明生成了氯氣，
故答案為：將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近電極Y的氣體出口處，若試紙變藍，則說明生成了氯氣；
②若消耗燃料丁烷0.02mol，丁烷轉移電子的物質的量=0.02mol×（4+2.5）×4=0.52mol，電解池中陽極上生成氯氣體積=

0.52mol

2

×22.4L/mol=5.824L，陰極上生成氫氣的體積=

0.52mol

2

×22.4L/mol=5.824L，所以兩極生成氣體體積=2×5.824L=11.65L，
故答案為：11.65．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，正確判斷正負極及陰陽極是解本題關鍵，根據正負極上發生的電極反應、離子放電順序、串聯電路中轉移電子相等來分析解答即可，難度中等．