Question

5．熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），发明于1889年．现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H₂的体积比为1：1）直接作燃料，其工作原理如图所示．请回答下列问题：
（1）A级为负级，发生的电极反应是H₂+CO-4e^-+2CO₃^2-═H₂O+3CO₂．（2）电池总反应为CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O
（3）以此电源接用电器工作，消耗水煤气0.56L（已换算为标况）时，通过导线的电子数目为0.05mol
（4）常温下将电池中的电解质碳酸钠配成0.4mol/L的水溶液，向该溶液中缓缓加入等体积0.2mol/L的盐酸后，溶液pH=10，则c（HC${O}_{3}^{-}$）+2c（H₂CO₃）=0.1+10^-4-10^-10mol/L（用精确的数字式表达）．

Answer 1

分析 （1）该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水；
（2）电池总反应为一氧化碳、氢气与氧气反应生成二氧化碳和水；
（3）水煤气0.56L（已换算为标况）的物质的量为$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，结合电极方程式计算转移的电子；
（4）0.4mol/L的碳酸钠与等体积0.2mol/L的盐酸混合，混合后溶液中溶质为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠，其浓度均为0.1mol/L，结合电荷守恒和物料守恒分析．

解答 解：（1）该燃料电池中，负极的气体按物质的量之比为1：1参与反应，A极通入燃料，则A极为负极；负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，
故答案为：负；CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
（2）电池总反应为一氧化碳、氢气与氧气反应生成二氧化碳和水，则电池总反应方程式为：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
故答案为：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
（3）水煤气0.56L（已换算为标况）的物质的量为$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，已知电极反应式为CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，则转移电子的物质的量为0.025mol×$\frac{1}{2}$×4=0.05mol；
故答案为：0.05mol；
（4）0.4mol/L的碳酸钠与等体积0.2mol/L的盐酸混合，混合后溶液中溶质为碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠，其浓度均为0.1mol/L，溶液中c（Na⁺）=0.4mol/L，c（H⁺）=10^-10mol/L，c（OH^-）=10^-4mol/L，c（Cl^-）=0.1mol/L，溶液中的电荷守恒为c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）+2c（CO₃^2-），物料守恒为c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）=0.2mol/L，则c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=0.1+10^-4-10^-10mol/L；
故答案为：0.1+10^-4-10^-10mol/L．

点评 本题考查电化学电极反应式和的书写、原电池的计算、溶液中电荷守恒和物料守恒的应用等知识，明确发生的电极反应及反应中转移的电子数、溶液中电荷守恒和物料守恒原理即可解答，题目难度中等．