Question

【題目】設(shè)計(jì)出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)極通入空氣，另一個(gè)極通入汽油蒸氣，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2-，回答如下問題：

⑴以丁烷為汽油代表，這個(gè)電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的方程式是：_______；

⑵這個(gè)電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O，正極發(fā)生的反應(yīng)是：____；固體電解質(zhì)里O2-的移動(dòng)方向是：_____；向外電路釋放電子的電極是：___；

⑶人們追求燃料電池氧化汽油而不在內(nèi)燃機(jī)里燃燒汽油產(chǎn)生動(dòng)力的主要原因是：_______；

⑷汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全產(chǎn)生_____堵塞電極的氣體通道，有人估計(jì)，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年，這正是新一代化學(xué)家的歷史使命。

⑸碳?xì)浠�合物完全燃燒生�?/span>CO2和H2O。常溫常壓下，空氣中的CO2，溶于水達(dá)到平衡時(shí)，溶液的溶液的pH=5.6， c(H2CO3)=1.5×10-5mol·L-1。若忽略水的電離及H2CO3的第二級(jí)電離，則H2CO3 H++HCO3-的平衡常數(shù)K1＝____（已知：10-5.60＝2.5×10-6）。

Answer 1

【答案】2C4H10+13O2=8CO2+10H2O O2+4e-=2O2- 向負(fù)極移動(dòng) 負(fù)極 燃料電池具有較高的能量利用率 碳粒 4.2×10-7

【解析】

（1）燃料電池的總反應(yīng)和燃料燃燒的化學(xué)方程式一致，則電池總反應(yīng)為2C4H10+13O2＝8CO2+10H2O，故答案為：2C4H10+13O2＝8CO2+10H2O；

（2）丁烷燃料電池放電時(shí)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成O2-，電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-，電解質(zhì)里的陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，所以電解質(zhì)里O2-移向負(fù)極，負(fù)極上甲烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，向外電路釋放電子，故答案為：O2+4e-=2O2-；向負(fù)極移動(dòng)；負(fù)極；

（3）原電池具有能量利用率高的特點(diǎn)，而燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎凸饽�，故答案為：燃料電池具有較高的能量利用率；

（4）烷不完全氧化會(huì)生成碳粒，從而堵塞電極的氣體通道，故答案為：碳粒；

（5）由題意可知，溶液中c（H+）=c（HCO3-）=10-5.60＝2.5×10-6mol/L，c（H2CO3）=1.5×10-5mol L，則H2CO3 H++HCO3-的平衡常數(shù)K1＝==4.2×10-7，故答案為：=4.2×10-7。