Question

燃料電池是使氣體燃料氧化直接產(chǎn)生電流的裝置，燃料電池的研究是本世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的課題之一．最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入丁烷，電池的電解質(zhì)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(dǎo)O^2-．試回答下列問(wèn)題：
（1）該電池放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O

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

負(fù)

極移動(dòng)（填“正”或“負(fù)”）．
（3）某金屬的相對(duì)原子質(zhì)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(shí)，陽(yáng)極每放出3360mL（標(biāo)準(zhǔn)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(jià)為

+3

，在該實(shí)驗(yàn)中，若不考慮能量的損失，電池中消耗丁烷的質(zhì)量最少是

1.34

g（結(jié)果精確至0.01g）．

Answer 1

分析：（1）該原電池放電時(shí)，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）原電池放電時(shí)，電解質(zhì)中陰離子向負(fù)極移動(dòng)；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算該元素的化合價(jià)、丁烷的質(zhì)量．

解答：解：（1）該原電池中，負(fù)極上丁烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，丁烷和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，所以化學(xué)反應(yīng)方程式為2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O；
（2）原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，所以負(fù)極上聚集大量的金屬陽(yáng)離子，則電解質(zhì)溶液陰離子向負(fù)極移動(dòng)，故答案為：負(fù)；
（3）設(shè)金屬的化合價(jià)為x，則根據(jù)得失電子守恒關(guān)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(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，所以消耗丁烷的質(zhì)量=

3.36L 22.4L/mol ×4

6.5

×58g/mol=1.34g，
故答案為：+3；　1.34．

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