Question

4．熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視．某燃料電池以熔融的K₂CO₃為電解質(zhì)，以丁烷（C₄H₁₀）為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極．該燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2C₄H₁₀+26CO${\;}_{3}^{2-}$-52e^-═34CO₂+10H₂O．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）該電池的總反應(yīng)方程式為2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O
（2）正極電極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-═CO₃^2-
（3）為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定．為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是CO₂，它來(lái)自負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物．
（4）某學(xué)生想用該燃料電池和如圖所示裝置來(lái)電解飽和食鹽水：
①寫出電解飽和食鹽水的離子方程式：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
②將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙放在該裝置某極附近，發(fā)現(xiàn)試紙變藍(lán)，待一段時(shí)間后又發(fā)現(xiàn)藍(lán)色褪去，這是因?yàn)檫^(guò)量的Cl₂將生成的I₂氧化．若反應(yīng)的Cl₂和I₂的物質(zhì)的量之比為5：1，且生成兩種酸．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為5Cl₂+I₂+6H₂O═10HCl+2HIO₃
③若電解后得到200mL 3.25mol/L NaOH溶液，則消耗C₄H₁₀的體積在標(biāo)狀下為560ml．

Answer 1

分析 （1）丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水；
（2）總反應(yīng)式減去負(fù)極電極反應(yīng)得到正極電極反應(yīng)；
（3）正極上消耗二氧化碳，為使電解質(zhì)的組成保持穩(wěn)定，使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，在通入的空氣中必須加入CO₂，二氧化碳也是負(fù)極產(chǎn)物；
（4）①電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)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(jù)氫氧化鈉計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算丁烷的體積．

解答 解：（1）該電池中，丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O；
（2）總反應(yīng)式減去負(fù)極電極反應(yīng)得到正極電極反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-═26CO₃^2-，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
（3）由于通入空氣的一極是電源的正極，正極上消耗二氧化碳，為使電解質(zhì)的組成保持穩(wěn)定，使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，在通入的空氣中必須加入CO₂，該燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式為2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-═34CO₂+10H₂O，則二氧化碳在負(fù)極產(chǎn)生，
故答案為：CO₂；負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物；
（4）①電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)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(shí)還生成氫氧化鈉，離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
②陽(yáng)極附近氯離子放電生成氯氣，氯氣氧化KI生成碘單質(zhì)遇淀粉變藍(lán)，離子反應(yīng)為Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，過(guò)量的Cl₂將生成的I₂又氧化，若反應(yīng)的Cl₂和I₂物質(zhì)的量之比為5：1，且生成兩種酸，Cl元素的化合價(jià)降低，生成鹽酸，I元素的化合價(jià)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(xué)反應(yīng)為5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl，
故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl；
③氫氧化鈉物質(zhì)的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根據(jù)2NaOH～2e^-，生成0.65mol氫氧化鈉時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.65mol，串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，
根據(jù)2C₄H₁₀～52e^-，所以丁烷的體積為 $\frac{0.65mol×2}{52}$×22.4L/mol=0.56L=560mL，
故答案為：560．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)及電解原理的應(yīng)用，明確電解原理及離子的放電順序、氧化還原反應(yīng)的原理，結(jié)合元素的化合價(jià)變化即可解答，題目難度中等．