Question

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．該燃料電池負極電極反應式為：2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-=34CO₂+10H₂O．試回答下列問題：
（1）該燃料電池的化學反應方程式為

 

；
（2）正極電極反應式為

 

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

 

，它來自

 

．
（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(fā)現(xiàn)試紙變藍，待一段時間后又發(fā)現(xiàn)藍色褪去，這是因為過量的Cl₂將生成的I₂氧化．若反應的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?L^-1 NaOH溶液，則消耗C₄H₁₀的體積在標準狀況下為

 

．

Answer 1

考點：化學電源新型電池

專題：電化學專題

分析：（1）丁烷和氧氣反應生成二氧化碳和水；
（2）正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應；
（3）根據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(lián)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）正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為：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A必為CO₂，負極反應式可表示為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，它來源于負極上生成的二氧化碳即可
故答案為：CO₂；負極反應產物；
（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陽極附近氯離子放電生成氯氣，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(lián)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=0.56L，
故答案為：0.56L．

點評：本題考查氧化還原反應及電解原理的應用，明確電解原理及離子的放電順序、氧化還原反應的原理，結合元素的化合價變化即可解答，題目難度中等．