Question

18．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（其中不含O^2-和）为电解质，以丁烷为燃料，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．试回答下列问题：
①该燃料电池正极电极反应式为：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-．
②25℃时，某学生想用该燃料电池电解一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出mgNa₂SO₄•10H₂O晶体．若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，消耗掉的丁烷在标准状况下的体积为0.86aL．

Answer 1

分析 ①某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，则正极电极为氧气发生还原反应生成碳酸根离子；
②电解硫酸钠饱和溶液即电解水，所以当电路中有amol电子转移时，消耗的水的质量为$\frac{a}{2}$g=9ag，结合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶体，可计算出原饱和溶液的溶质的质量分数，剩余溶液中溶质的质量分数与原饱和溶液的溶质的质量分数相等，根据原池的负极反应C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，当电路中有amol电子转移时，消耗掉的丁烷的物质的量为$\frac{a}{26}$mol，据此答题．

解答 解：①某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，则正极电极为氧气发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-，
故答案为：O₂+CO₂+2e^-=CO₃^2-；
②电解硫酸钠饱和溶液即电解水，所以当电路中有amol电子转移时，消耗的水的质量为$\frac{a}{2}$×18g=9ag，结合析出的mgNa₂SO₄•10H₂O晶体，所以原饱和溶液的溶质的质量分数为$\frac{\frac{142}{322}×m}{9a+m}$×100%=$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，剩余溶液中溶质的质量分数与原饱和溶液的溶质的质量分数相等，也为 $\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%，根据原池的负极反应C₄H₁₀-26e^-+13CO₃^2-=17CO₂+5H₂O可知，当电路中有amol电子转移时，消耗掉的丁烷的物质的量为$\frac{a}{26}$mol，其体积为$\frac{a}{26}$mol×22.4L/mol=0.86aL，
故答案为：$\frac{71m}{161（m+9a）}$×100%；0.86aL．

点评 本题考查电化学和化学平衡知识，内容比较综合，在理解所学各部分化学知识的本质区别与内在联系的基础上，本题难度中等，注意守恒思想的运用．