Question

燃料電池是使氣體燃料氧化直接產生電流的裝置，燃料電池的研究是本世紀最具挑戰性的課題之一．最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一電極通入丁烷，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃（三氧化二釔）的ZrO₂（二氧化鋯）晶體，它在高溫下能傳導O^2-．試回答下列問題：
（1）該電池放電時的化學反應方程式為：

2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O

．
（2）該燃料電池的電極反應式為：正極：13O₂+52e^--→26O^2-負極：2C₄H₁₀+26O^2--52e^--→8CO₂+10H₂O
則固體電解質中的O^2-向

負

極移動（填“正”或“負”）．
（3）某金屬的相對原子質量為52.00，用上述電池電解該金屬的一種含氧酸鹽的酸性水溶液時，陽極每放出3360mL（標準狀況）氧氣，陰極析出金屬10.4g，在該含氧酸鹽中金屬的化合價為

+3

，在該實驗中，若不考慮能量的損失，電池中消耗丁烷的質量最少是

1.34

g（結果精確至0.01g）．

Answer 1

分析：（1）該原電池放電時，負極上燃料失電子發生氧化反應，正極上氧化劑得電子發生還原反應；
（2）原電池放電時，電解質中陰離子向負極移動；
（3）根據轉移電子相等計算該元素的化合價、丁烷的質量．

解答：解：（1）該原電池中，負極上丁烷失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，丁烷和氧氣反應生成二氧化碳和水，所以化學反應方程式為2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O；
（2）原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，所以負極上聚集大量的金屬陽離子，則電解質溶液陰離子向負極移動，故答案為：負；
（3）設金屬的化合價為x，則根據得失電子守恒關系可得

3360×10-3L

22.4L?moL-1

×4=

10.4g

52.00g?mol-1

=x
所以可得x=3，
串聯電路中轉移電子相等，所以消耗丁烷的質量=

3.36L 22.4L/mol ×4

6.5

×58g/mol=1.34g，
故答案為：+3；　1.34．

點評：本題考查了原電池和電解池原理，明確離子放電順序及轉移電子守恒即可解答，難度不大．