题目内容

4.据报道,最近摩托罗拉(MOTOROLA)公司研发了一种由甲醇(CH3OH) 和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍,可连续使用1个月充电一次.假定放电过程中,甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32-
(1)该电池正极反应式为:O2+2H2O=4OH-+4e-;
(2)甲醇在负极发生反应(填正或负),电池在放电过程中溶液的pH将降低(填降低或上升、不变);
(3)最近,又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池,其效率更高.一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气.其中固体电解质是掺杂了Y2O3(Y:钇)的ZrO2(Zr:锆)固体,它在高温下能传导O2-离子(其中氧化反应发生完全).以丁烷(C4H10)代表汽油.
①电池的正极反应式为O2+4e-=2O2-.
②放电时固体电解质里的O2-离子的移动方向是向负极移动(填正或负).
③正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为13:2.

分析 (1)放电时,相当于原电池的工作原理,正极发生得电子的还原反应,负极发生失电子的氧化反应;
(2)根据电池放电的总反应方程式来计算回答;
(3)①正极上氧气得电子生成氧离子;
②放电时,电解质中阴离子向负极移动;
③放电时,总反应是丁烷燃烧的反应.

解答 解:(1)放电时,相当于原电池的工作原理,正极是氧气发生得电子的还原反应,即O2+2H2O=4OH-+4e-,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,即CH3OH+8OH-=6H2O+CO32-+6e-,故答案为:O2+2H2O=4OH-+4e-;
(2)放电时,相当于原电池的工作原理,正极是氧气发生得电子的还原反应,即O2+2H2O=4OH-+4e-,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,即CH3OH+8OH-=6H2O+CO32-+6e-,总反应是:3O2+2CH3OH+4OH-=6H2O+2CO32-,消耗氢氧根离子,所以电池在放电过程中溶液的pH将降低,故答案为:负;降低;
(3)①正极上氧气得电子生成氧离子,电极反应式为O2+4e-=2O2-,故答案为:O2+4e-=2O2-;
②放电时,电解质中阴离子向负极移动,所以电解质中氧离子向负极移动,故答案为:负;
③放电时,正极是氧气发生得电子的还原反应,负极是丁烷发生失电子的氧化反应,总反应是丁烷燃烧的反应,根据丁烷(C4H10)∽6.5O2,正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为13:2,故答案为:13:2.

点评 本题考查了化学电源新型电池,根据题给信息正确书写电极反应式是解本题关键,书写电极反应式时要结合电解质特点,题目难度中等.

练习册系列答案
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14.(NH4)2SO4是常见的化肥和化工原料,受热易分解.某兴趣小组拟探究其分解产物.
[查阅资料](NH4)2SO4在260℃和400℃时分解产物不同.
[实验探究]该小组拟选用下图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)

实验1:连接装置A-B-C-D,检查气密性,按图示加入试剂(装置B盛0.5000mol/L盐酸70.00mL).通入N2排尽空气后,于260℃加热装置A一段时间,停止加热,冷却,停止通入N2,品红溶液不褪色.已知中和装置B中剩余盐酸需0.2000mol/L NaOH溶液25.00mL,且中和后的溶液中无SO42-.
(1)仪器X的名称是圆底烧瓶;
(2)装置B内溶液吸收气体的物质的量是0.03mol;
实验2:连接装置A-D-B,检查气密性,按图示重新加入试剂.通入N2排尽空气后,于400℃加热装置A至(NH4)2SO4完全分解无残留物,停止加热,冷却,停止通入N2.观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体.经检验,该白色固体和装置D内溶液中有SO32-,无SO42-.进一步研究发现,气体产物中无氮氧化物.
(3)检验装置D内溶液中有SO32-,无SO42-的实验操作和现象是取少许D溶液于试管中,加入足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,再加入盐酸,白色沉淀完全溶解,生成刺激性气味的气体,说明D内溶液中有SO32-,无SO42-;
(4)装置B内溶液吸收的气体是NH3;
(5)(NH4)2SO4在400℃分解的化学方程式是3(NH4)2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O↑.

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