Question

4．熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视．某燃料电池以熔融的K₂CO₃为电解质，以丁烷（C₄H₁₀）为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极．该燃料电池负极电极反应式为2C₄H₁₀+26CO${\;}_{3}^{2-}$-52e^-═34CO₂+10H₂O．
请回答下列问题：
（1）该电池的总反应方程式为2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O
（2）正极电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-═CO₃^2-
（3）为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是CO₂，它来自负极反应产物．
（4）某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水：
①写出电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-
②将湿润的淀粉KI试纸放在该装置某极附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl₂将生成的I₂氧化．若反应的Cl₂和I₂的物质的量之比为5：1，且生成两种酸．该反应的化学方程式为5Cl₂+I₂+6H₂O═10HCl+2HIO₃
③若电解后得到200mL 3.25mol/L NaOH溶液，则消耗C₄H₁₀的体积在标状下为560ml．

Answer 1

分析 （1）丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水；
（2）总反应式减去负极电极反应得到正极电极反应；
（3）正极上消耗二氧化碳，为使电解质的组成保持稳定，使该燃料电池长时间稳定运行，在通入的空气中必须加入CO₂，二氧化碳也是负极产物；
（4）①电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；
②在水溶液里，氯气能将碘氧化生成盐酸和碘酸；
③根据氢氧化钠计算转移电子数，根据串联电池中转移电子数相等计算丁烷的体积．

解答 解：（1）该电池中，丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水，反应方程式为：2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O，
故答案为：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O；
（2）总反应式减去负极电极反应得到正极电极反应，正极上氧气得电子发生还原反应和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-═26CO₃^2-，
故答案为：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
（3）由于通入空气的一极是电源的正极，正极上消耗二氧化碳，为使电解质的组成保持稳定，使该燃料电池长时间稳定运行，在通入的空气中必须加入CO₂，该燃料电池负极电极反应式为2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-═34CO₂+10H₂O，则二氧化碳在负极产生，
故答案为：CO₂；负极反应产物；
（4）①电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时还生成氢氧化钠，离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
②阳极附近氯离子放电生成氯气，氯气氧化KI生成碘单质遇淀粉变蓝，离子反应为Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，过量的Cl₂将生成的I₂又氧化，若反应的Cl₂和I₂物质的量之比为5：1，且生成两种酸，Cl元素的化合价降低，生成盐酸，I元素的化合价升高，由电子守恒可知，5×2×（1-0）=1×2×（x-0），解得x=+5，生成物为碘酸，该化学反应为5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl，
故答案为：5Cl₂+I₂+6H₂O═2HIO₃+10HCl；
③氢氧化钠物质的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根据2NaOH～2e^-，生成0.65mol氢氧化钠时转移电子的物质的量为0.65mol，串联电池中转移电子数相等，
根据2C₄H₁₀～52e^-，所以丁烷的体积为 $\frac{0.65mol×2}{52}$×22.4L/mol=0.56L=560mL，
故答案为：560．

点评 本题考查氧化还原反应及电解原理的应用，明确电解原理及离子的放电顺序、氧化还原反应的原理，结合元素的化合价变化即可解答，题目难度中等．