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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O2-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-=CO32-
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.

分析 ①某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2-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-+13CO32-=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O2-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-=CO32-
故答案为:O2+CO2+2e-=CO32-
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-+13CO32-=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.

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