Question

18．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（其中不含O^2-和）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，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．試回答下列問(wèn)題：
①該燃料電池正極電極反應(yīng)式為：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-．
②25℃時(shí)，某學(xué)生想用該燃料電池電解一定量的硫酸鈉飽和溶液中進(jìn)行電解，當(dāng)電路中有a mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，溶液中析出mgNa₂SO₄•10H₂O晶體．若溫度不變，在剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，消耗掉的丁烷在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.86aL．

Answer 1

分析 ①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的水的質(zhì)量為$\frac{a}{2}$g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，可計(jì)算出原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol，據(jù)此答題．

解答 解：①某燃料電池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，則正極電極為氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-，
故答案為：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-；
②電解硫酸鈉飽和溶液即電解水，所以當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗的水的質(zhì)量為$\frac{a}{2}$×18g=9ag，結(jié)合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶體，所以原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{142}{322}×m}{9a+m}$×100%=$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，也為 $\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，根據(jù)原池的負(fù)極反應(yīng)C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，當(dāng)電路中有amol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗掉的丁烷的物質(zhì)的量為$\frac{a}{26}$mol，其體積為$\frac{a}{26}$mol×22.4L/mol=0.86aL，
故答案為：$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%；0.86aL．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電化學(xué)和化學(xué)平衡知識(shí)，內(nèi)容比較綜合，在理解所學(xué)各部分化學(xué)知識(shí)的本質(zhì)區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，本題難度中等，注意守恒思想的運(yùn)用．