Question

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视．某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）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．该燃料电池负极电极反应式为：2C₄H₁₀+26CO₃^2--52e^-═34CO₂+10H₂O．试回答下列问题：
（1）该燃料电池的化学反应方程式为

2C₄H₁₀+13O₂=8CO₂+10H₂O

．
（2）正极电极反应式为

O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-

．
（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

．
（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写出该反应的离子方程式

2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-

．
②若电解后得到200mL3.25mol/LNaOH溶液，则消耗C₄H₁₀ 的体积在标准状况下为

560

mL．

Answer 1

分析：（1）丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水；
（2）正极上氧气得电子发生还原反应；
（3）根据碳守恒和两极上的变化考虑；
（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）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-或13O₂+26CO₂+52e^-=26CO₃^2-；
（3）由于原电池的负极产物有水生成，所以负极必有CO₃^2-参加反应，同时根据碳守恒可知A必为CO₂，负极反应式可表示为CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，故答案为：CO₂；
（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

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，
故答案为：2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
②氢氧化钠的物质的量=3.25mol/L×0.2L=0.65mol，根据2Cl^-+2H₂O

电解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-知，生成0.65mol氢氧化钠时转移电子的物质的量=

0.65mol

2

×2=0.65mol，串联电池中转移电子数相等，所以丁烷的体积=

0.65mol

6.5×4

×22.4L/mol=560mL，
故答案为：560．

点评：本题考查了原电池原理，明确正负极上得失电子的物质是解本题关键，难点是计算丁烷的体积，注意丁烷中碳的平均化合价，为易错点．