Question

5．熔融碳酸鹽燃料電池（MCFS），發(fā)明于1889年．現有一個碳酸鹽燃料電池，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣（CO、H₂的體積比為1：1）直接作燃料，其工作原理如圖所示．請回答下列問題：
（1）A級為負級，發(fā)生的電極反應是H₂+CO-4e^-+2CO₃^2-═H₂O+3CO₂．（2）電池總反應為CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O
（3）以此電源接用電器工作，消耗水煤氣0.56L（已換算為標況）時，通過導線的電子數目為0.05mol
（4）常溫下將電池中的電解質碳酸鈉配成0.4mol/L的水溶液，向該溶液中緩緩加入等體積0.2mol/L的鹽酸后，溶液pH=10，則c（HC${O}_{3}^{-}$）+2c（H₂CO₃）=0.1+10^-4-10^-10mol/L（用精確的數字式表達）．

Answer 1

分析 （1）該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水；
（2）電池總反應為一氧化碳、氫氣與氧氣反應生成二氧化碳和水；
（3）水煤氣0.56L（已換算為標況）的物質的量為$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，結合電極方程式計算轉移的電子；
（4）0.4mol/L的碳酸鈉與等體積0.2mol/L的鹽酸混合，混合后溶液中溶質為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉，其濃度均為0.1mol/L，結合電荷守恒和物料守恒分析．

解答 解：（1）該燃料電池中，負極的氣體按物質的量之比為1：1參與反應，A極通入燃料，則A極為負極；負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，
故答案為：負；CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
（2）電池總反應為一氧化碳、氫氣與氧氣反應生成二氧化碳和水，則電池總反應方程式為：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
故答案為：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
（3）水煤氣0.56L（已換算為標況）的物質的量為$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，已知電極反應式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O，則轉移電子的物質的量為0.025mol×$\frac{1}{2}$×4=0.05mol；
故答案為：0.05mol；
（4）0.4mol/L的碳酸鈉與等體積0.2mol/L的鹽酸混合，混合后溶液中溶質為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉，其濃度均為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，溶液中的電荷守恒為c（Na⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）+2c（CO₃^2-），物料守恒為c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）+c（CO₃^2-）=0.2mol/L，則c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=0.1+10^-4-10^-10mol/L；
故答案為：0.1+10^-4-10^-10mol/L．

點評 本題考查電化學電極反應式和的書寫、原電池的計算、溶液中電荷守恒和物料守恒的應用等知識，明確發(fā)生的電極反應及反應中轉移的電子數、溶液中電荷守恒和物料守恒原理即可解答，題目難度中等．