Question

熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視．某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極．該燃料電池正極電極反應式為：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-．試回答下列問題：
（1）該燃料電池的化學反應方程式為

 

；
（2）負極電極反應式為

 

．
（3）為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定．為此，必須在通入的空氣中加入一種物質，加入的物質是

 

．
（4）某學生想用該燃料電池和如圖所示裝置來電解飽和食鹽水．
①寫出該電解反應的離子方程式

 

．
②將濕潤的淀粉KI試紙放在該裝置附近，發現試紙變藍，待一段時間后又發現藍色褪去．已知參加反應的Cl₂和I₂的物質的量之比為5：1，且生成兩種酸．該反應的化學方程式為

 

．
③若電解后得到200mL 3.25mol/LNaOH溶液，則消耗C₄H₁₀的體積在標準狀況下為

 

mL．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）燃料電池的化學反應方程式為丁烷和氧氣反應生成二氧化碳和水的反應；
（2）燃料電池中正極上是燃料失電子的氧化反應；
（3）根據碳守恒和兩極上的變化考慮所加入的物質；
（4）①電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電，陰極上氫離子放電；
②在水溶液里，氯氣能將碘氧化生成鹽酸和碘酸；
③根據氫氧化鈉計算轉移電子數，根據串聯電池中轉移電子數相等計算丁烷的體積．

解答： 解：（1）該電池中，丁烷和氧氣反應生成二氧化碳和水，反應方程式為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O；
（2）燃料電池中正極上是燃料失電子的氧化反應子，電極反應式為：2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-=34CO₂+10H₂O；故答案為：2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-=34CO₂+10H₂O；
（3）由于原電池的負極產物有水生成，所以負極必有CO₃^2-參加反應，同時根據碳守恒可知必需通入CO₂，故答案為：CO₂；
（4））①電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，同時還生成氫氧化鈉，離子方程式為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
②氯氣氧化KI生成碘單質遇淀粉變藍，離子反應為Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，過量的Cl₂將生成的I₂又氧化，若反應的Cl₂和I₂物質的量之比為5：1，且生成兩種酸，Cl元素的化合價降低，生成鹽酸，I元素的化合價升高，由電子守恒可知，5×2×（1-0）=1×2×（x-0），解得x=+5，生成物為碘酸，該化學反應為5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl，
故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl；
③氫氧化鈉的物質的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根據2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-知，生成0.65mol氫氧化鈉時轉移電子的物質的量=

0.65mol

2

×2=0.65mol，串聯電池中轉移電子數相等，所以丁烷的體積=

0.65mol

6.5×4

×22.4L/mol=560mL，
故答案為：560．

點評：本題考查了原電池、電解池的工作原理，明確正負極上得失電子的物質是解本題關鍵，難點是電子守恒的計算，為易錯點．