精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
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-═CO32-
(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.

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-═2CO32-或13O2+26CO2+52e-═26CO32-
故答案为:O2+2CO2+4e-═2CO32-
(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+26CO32--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.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.控制变量法是化学实验的一种常用方法.下表是某学习小组研究等物质的量浓度的稀硫酸和锌反应的实验数据,分析以下数据,回答下列问题:
序号硫酸的体积/mL锌的质量/g锌的形状温度/℃完全溶于酸的时间/s生成硫酸锌的质量/g
150.02.0薄片25100m1
250.02.0颗粒2570m2
350.02.0颗粒3535m3
450.02.0粉末25455.0
550.02.0粉末3530m5
650.02.0粉末25t616.1
750.02.0粉末25t716.1
(1)化学反应速率本质上是由物质本身的性质决定的,但外界条件也会影响反应速率的大小.本实验中实验2和实验3表明:在其它条件相同时,温度对反应速率有影响.
(2)我们最好选取实验1、2、4(填3个实验序号)研究锌的形状对反应速率的影响.我们发现在其它条件相同时,反应物间的接触面积越大,反应速率越快.
(3)利用表中数据,可以求得:硫酸的物质的量浓度是2_mol/L.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.完成下列方程式,并注明反应条件.
(1)2-氯丙烷和氢氧化钠的乙醇溶液的反应
(2)1-溴丙烷与氢氧化钠溶液的反应
(3)苯甲酸与乙醇的反应
(4)苯与溴的反应
(5)2-丁烯的聚合反应
(6)苯酚钠与二氧化碳的反应.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

12.某溶液中可能含有下列四种离子,加入KSCN溶液后变成红色,则原溶液中一定含有(  )
A.K+B.Al3+C.Cl-D.Fe3+

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.同一主族元素原子序数的差值不可能是(  )
A.10、16、32B.8、18、28C.16、26、36D.34、44、54

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.下列性质比较结果错误的是(  )
A.碳碳键键长:乙烯>苯B.沸点:正戊烷>异戊烷
C.相对密度:D.水溶性:CH3CH2OH>CH3CH2Br

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.A、B、C、D均为中学所学的常见物质且均含有同一种元素,它们之间的转化关系如图所示(反应条件及其他物质已经略去):A$\stackrel{O_{2}}{→}$B$\stackrel{O_{2}}{→}$C$\stackrel{H_{2}O}{→}$D
(1)若A、D的水溶液均能使湿润的蓝色石蕊试纸变红,B在常温时为气体,则A为(填写化学式)H2S,写出B→C转化的化学反应方程式:2SO2+O2$?_{△}^{催化剂}$2SO3
(2)若A的水溶液能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,D的稀溶液能使湿润的蓝色石蕊试纸变红:
①A的化学式为NH3,实验室制备气体A的化学反应方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH3↑+CaCl2+2H2O,A→B转化的化学方程式为4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$NO+6H2O.

②甲、乙两组同学用干燥的圆底烧瓶各收集一瓶A气体,根据图B喷泉实验的装置进行实验,能观察到美丽的红色喷泉.用方程式解释喷泉呈红色的原因NH3+H2O?NH3.H2O?NH4++OH-
③甲、乙两组同学完成喷泉实验后,圆底烧瓶中所得溶液如图C所示.请通过分析确认:甲组同学所得溶液的物质的量浓度等于(填“大于”、“小于”或“等于”)乙组同学所得溶液的物质的量浓度.

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.下列说法正确的是(  )
A.电子在1s轨道上运动像地球围绕太阳旋转
B.2s的电子云半径比1s电子云半径大,说明2s能级的电子比1s的多
C.1s轨道的电子云形状为圆形的面
D.nf能级中最多可容纳14个电子

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.3717Cl、3517Cl为不同的核素,NA为阿伏加德罗常数,下列说法正确的是(  )
A.常温下,4.48L3717Cl2含有0.72NA个中子
B.3717Cl、3517Cl互为同位素,3717Cl23517Cl2互为同素异形体
C.通常情况下,氯气做氧化剂,但氯气也具有还原性
D.3717Cl2的摩尔质量是74

查看答案和解析>>

同步练习册答案