Question

熔融鹽燃料電池具有高的發(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HCO₃^-）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電性能的稀土金屬材料為電極．該燃料電池負極電極反應(yīng)式為：2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-═34CO₂+10H₂O．試回答下列問題：
（1）該燃料電池的化學反應(yīng)方程式為

2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O

．
（2）正極電極反應(yīng)式為

O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-

．
（3）為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，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

．
（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寫出該反應(yīng)的離子方程式

2Cl^-+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-

．
②若電解后得到200mL3.25mol/LNaOH溶液，則消耗C₄H₁₀ 的體積在標準狀況下為

560

mL．

Answer 1

分析：（1）丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水；
（2）正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）根據(jù)碳守恒和兩極上的變化考慮；
（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根據(jù)氫氧化鈉計算轉(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）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-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-；
（3）由于原電池的負極產(chǎn)物有水生成，所以負極必有CO₃^2-參加反應(yīng)，同時根據(jù)碳守恒可知A必為CO₂，負極反應(yīng)式可表示為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，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

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案為：2Cl^-+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
②氫氧化鈉的物質(zhì)的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根據(jù)2Cl^-+2H₂O

電解  .

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

0.65mol

2

×2=0.65mol，串聯(lián)電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)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：本題考查了原電池原理，明確正負極上得失電子的物質(zhì)是解本題關(guān)鍵，難點是計算丁烷的體積，注意丁烷中碳的平均化合價，為易錯點．