Question

燃料电池是使气体燃料氧化直接产生电流的装置，燃料电池的研究是本世纪最具挑战性的课题之一．最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃（三氧化二钇）的ZrO₂（二氧化锆）晶体，它在高温下能传导O^2-．试回答下列问题：
（1）该电池放电时的化学反应方程式为：

2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O

．
（2）该燃料电池的电极反应式为：正极：13O₂+52e^--→26O^2-负极：2C₄H₁₀+26O^2--52e^--→8CO₂+10H₂O
则固体电解质中的O^2-向

负

极移动（填“正”或“负”）．
（3）某金属的相对原子质量为52.00，用上述电池电解该金属的一种含氧酸盐的酸性水溶液时，阳极每放出3360mL（标准状况）氧气，阴极析出金属10.4g，在该含氧酸盐中金属的化合价为

+3

，在该实验中，若不考虑能量的损失，电池中消耗丁烷的质量最少是

1.34

g（结果精确至0.01g）．

Answer 1

分析：（1）该原电池放电时，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
（2）原电池放电时，电解质中阴离子向负极移动；
（3）根据转移电子相等计算该元素的化合价、丁烷的质量．

解答：解：（1）该原电池中，负极上丁烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水，所以化学反应方程式为2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案为：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O；
（2）原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，所以负极上聚集大量的金属阳离子，则电解质溶液阴离子向负极移动，故答案为：负；
（3）设金属的化合价为x，则根据得失电子守恒关系可得

3360×10-3L

22.4L?moL-1

×4=

10.4g

52.00g?mol-1

=x
所以可得x=3，
串联电路中转移电子相等，所以消耗丁烷的质量=

3.36L 22.4L/mol ×4

6.5

×58g/mol=1.34g，
故答案为：+3；　1.34．

点评：本题考查了原电池和电解池原理，明确离子放电顺序及转移电子守恒即可解答，难度不大．