题目内容
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。近年有人制造了一种燃料电池，一电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传递O2-。请根据题给信息回答下列问题：（1）以丁烷代替汽油，这个电池放电时发生的电池反应是_____________。
（2）这个电池正极发生的电极反应是
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_，负极发生的电极反应是_________________＿＿＿，固体电解质里的O2-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是在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是
_________________________。
（4）ZrO2晶体里掺杂Y2O3，用Y3+代替晶体内的部分Zr4+，对提高固体电解质的导电能力起什么作用？你认为其可能的原因是什么？
（5）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生的__________会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，这正是新一代化学家的历史使命。
（1）2C4H10＋13O2→8CO2＋10H2O
（2）13O2＋52e-→26O2-；2C4H10＋26O2-→8CO2＋10H2O+52e-；向负极移动；负极
（3）燃料电池具有较高的能量利用率（或内燃机能量利用率较低）
（4）为维持电荷平衡，晶体中的O2-将减少（或导致O2-缺陷），从而使O2-得以在电场作用下向负极（或阳极）移动。
（5）碳（或炭粒）
【试题分析】
解析：燃料电池是利用物质发生化学反应时释放出的能量，直接将其转化为电能的装置。它工作时需要连续不断地向负极供给燃料（氢气、甲烷、汽油等），向正极供给氧化剂（O2、空气）。
（1）燃料气体被氧化剂氧化而发生了氧化反应，故汽油燃料电池放电时的电池反应为2C4H10+13O2→8CO2+10H2O。
（2）根据燃料电池原理，放电时，负极发生的是氧化反应，电极反应为2C4H10+26O2-→8CO2+10H2O+52e-；正极发生的是还原反应，电极反应为13O2+52e-→26O2-。由电池的正、负极反应可以看出，负极持续反应需要O2-的参与，正极反应不断产生O2-，所以电解质里的O2-的移动方向是由正极移向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，因而向外电路释放电子的电极是负极。
（3）燃料电池是把燃料通过化学反应所产生的化学能直接转化为电能的“能量转化器”，其能量转化率很高，可达75%以上，而内燃机的能量转化率较低。
（4）依据电荷守恒原理，掺有Y2O3的ZrO2晶体中O2-比纯ZrO2晶体中的O2-减少了，造成晶体中O2-缺陷，从而使得O2-在电场作用下向负极移动。
（5）题中已给出信息暗示，“氧化反应不完全”即汽油不完全燃烧，因为含碳化合物不完全燃烧的固体产物是炭粒，即炭粒堵塞了电极的气体通道。
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