Question

设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。

最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2－ 离子。回答如下问题：

（1）以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是：            。

（2）这个电池的正极发生的反应是：            ；负极发生的反应是：             。固体电解质里的O^2－ 的移动方向是：        。向外电路释放电子的电极是：             。

（3）人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是：

                                                                           。

（4）你认为在ZrO₂ 晶体里掺杂Y₂O₃ 用Y^3＋ 代替晶体里部分的Zr^4＋ 对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？

答：                                                                           

（5）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生          堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。

Answer 1

（1）2C₄H₁₀ + 13O₂ = 8 CO₂ + 10H₂O

（2）O₂ + 4e^－= 2O^2－  C₄H₁₀ + 13O^2－ 26e^－ = 4 CO₂ + 5H₂O  向负极移动  负极

（3）燃料电池具有较高的能量利用率。

（4）为维持电荷平衡，晶体中的O^2－ 将减少。

（5）碳