Question

最近我國(guó)自主研制了一種新型燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)電極通入汽油蒸氣，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)O^2-．回答如下問題：
（1）以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油，這個(gè)電池放電時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

2C₄H₁₀+13O₂→8CO₂+10H₂O

；
（2）這個(gè)電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是

O₂+4e^-=2O^2-

，固體電解質(zhì)里O^2-的移動(dòng)方向是

從正極移向負(fù)極

，向外電路釋放電子的電極通入的是

C₄H₁₀

氣體．
（3）用以上裝置進(jìn)行粗銅的精煉，提煉出1噸純銅時(shí)，需要消耗燃料氣（C₄H₁₀）

27

m³ （在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．（計(jì)算結(jié)果取整數(shù)）
（4）請(qǐng)畫出粗銅精煉的裝置簡(jiǎn)圖．（標(biāo)出電極材料、電極名稱、電解質(zhì)溶液）

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)燃料電池放電時(shí)發(fā)生反應(yīng)是燃料燃燒的化學(xué)方程式來書寫；
（2）該燃料電池的正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生的是燃料丁烷失電子的氧化反應(yīng)，電子從負(fù)極流向正極，據(jù)此來回答；
（3）進(jìn)行粗銅的精煉時(shí)，需要消耗的燃料氣可以根據(jù)裝置中轉(zhuǎn)移電子守恒知識(shí)來計(jì)算；
（4）粗銅精煉時(shí)，陽(yáng)極材料是粗銅，陰極材料是精銅，電解質(zhì)是含有銅離子的鹽溶液．

解答：解：（1）丁烷燃料電池放電時(shí)發(fā)生反應(yīng)是丁烷燃燒的化學(xué)方程式，即2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O
（2）電池放電時(shí)負(fù)極發(fā)生的是燃料丁烷失電子的氧化反應(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生的電子的還原反應(yīng)，即：O₂+4e^-═2O^2-，在燃料電池中，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O^2-向負(fù)極移動(dòng)，負(fù)極向外電路釋放電子，
故答案為：O₂+4e^-═2O^2-；從正極移向負(fù)極；C₄H₁₀；
（3）電解精煉銅時(shí)，在陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)是Cu²⁺+2e^-═Cu，當(dāng)生成1噸金屬時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是：

2×106g

64g/mol

=3.125×10⁴mol，
根據(jù)電池反應(yīng)：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移這些電子時(shí)，需要消耗燃料氣（C₄H₁₀）的體積是

3.125×104mol×2

52

×22.4L/mol≈27m³，
故答案為：27；
（4）粗銅精煉時(shí)，陽(yáng)極材料是粗銅，陰極材料是精銅，電解質(zhì)是含有銅離子的鹽溶液，裝置圖為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生燃料電池以及電解精煉銅的工作原理知識(shí)，可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回答，注意電子守恒，難度不大．