Question

如图是一种以某燃料电池为电源，对氯化钠溶液进行电解的装置．该燃料电池的电解质是掺杂氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（ZrO₂），在熔融状态下能传导O^2-．
（1）下列对该燃料电池的说法中正确的是

 

A．电池工作时，在熔融电解质中，O^2-定向移向负极
B．a处通入空气，发生氧化反应：O₂-4e^-=2O^2-
C．b处通入丁烷，电极反应为：C₄H₁₀+26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O
D．电池总反应为为：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O
（2）若X电极为铁，Y电极为石墨，则在石墨电极上发生的电极反应是：

 

．
（3）若X电极为铁，Y电极为石墨，U形管中装有200mL浓度为3.5mol/L的NaCl溶液．
①检验Y电极上生成的物质的实验方法是

 

．
②若消耗燃料丁烷0.02mol，则电解装置中生成的气体在标准状况下的体积共为

 

L．

Answer 1

分析：根据电解质溶液中氧离子移动方向知，b是负极，a是正极，X为阴极，Y为阳极，
（1）该燃料电池中，负极上丁烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为O₂-4e^-=2O^2-，所以电池反应式为2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O；
（2）若X为Fe，Y为石墨，石墨作阳极，阳极上氯离子放电；
（3）①若X为Fe，Y为石墨，石墨作阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气能和碘离子发生置换反应，碘遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色；
②根据转移电子相等计算生成气体的体积．

解答：解：原电池放电时，阴离子向负极移动，根据氧离子的移动方向知，b是负极，a是正极，X为阴极，Y为阳极，
（1）A．电池工作时，在熔融电解质中，O^2-定向移向负极，阳离子向正极移动，故A正确；
B．a是正极，正极上通入空气，氧气得电子发生还原反应：O₂-4e^-=2O^2-，故B错误；
C．b处通入丁烷，丁烷失电子发生氧化反应，电极反应为：C₄H₁₀-26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O，故C错误；
D．负极电极反应式为C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，正极电极反应式为O₂-4e^-=2O^2-，所以电池反应式为2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，故D正确；
故答案为：A  D； 
（2）若X为Fe，Y为石墨，石墨作阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）①若X为Fe，Y为石墨，石墨作阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气能和碘离子发生置换反应生成单质碘，碘遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色，所以可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验氯气，其检验方法为：将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近电极Y的气体出口处，若试纸变蓝，则说明生成了氯气，
故答案为：将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近电极Y的气体出口处，若试纸变蓝，则说明生成了氯气；
②若消耗燃料丁烷0.02mol，丁烷转移电子的物质的量=0.02mol×（4+2.5）×4=0.52mol，电解池中阳极上生成氯气体积=

0.52mol

2

×22.4L/mol=5.824L，阴极上生成氢气的体积=

0.52mol

2

×22.4L/mol=5.824L，所以两极生成气体体积=2×5.824L=11.65L，
故答案为：11.65．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，正确判断正负极及阴阳极是解本题关键，根据正负极上发生的电极反应、离子放电顺序、串联电路中转移电子相等来分析解答即可，难度中等．