Question

【題目】據報道，最近摩托羅拉（MOTOROLA）公司研發了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，電量是現用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續使用1個月充電一次。假定放電過程中，甲醇完全氧化產生的CO2被充分吸收生成CO32－

（1）該電池反應的總離子方程式為____________________________________________。

（2）甲醇在______極發生反應（填正或負），電池在放電過程中溶液的pH將______（填降低或上升、不變）；若有16克甲醇蒸氣被完全氧化,產生的電能電解足量的CuSO4溶液，（假設整個過程中能量利用率為80％），則將產生標準狀況下的O2________升。

（3）最近，又有科學家制造出一種固體電解質的燃料電池，其效率更高。一個電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣。其中固體電解質是摻雜了Y2O3（Y：釔）的ZrO2（Zr：鋯）固體，它在高溫下能傳導O2－離子（其中氧化反應發生完全）。以丁烷（C4H10）代表汽油。

①電池的負極反應式為____________________________________________。

②放電時固體電解質里的O2－離子的移動方向是向____________極移動（填正或負）。

Answer 1

【答案】 2CH3OH＋3O2＋4OH－==2CO32－+6H2O 負 降低 13.44 C4H10＋13O2－－26e－ == 4CO2 ＋5H2O 負

【解析】試題分析：本題考查甲醇燃料電池和烴燃料電池的工作原理，有關電化學的計算。

（1）放電過程中甲醇氧化生成的CO2被強堿液充分吸收生成CO32-，電池反應的總離子方程式為2CH3OH＋3O2＋4OH－=2CO32－+6H2O。

（2）甲醇發生失電子的氧化反應，甲醇在負極發生反應。電池在放電過程中消耗OH-且生成H2O，所以放電過程中溶液的pH將降低。甲醇發生的電極反應為CH3OH-6e－+8OH－=CO32-+6H2O，電解CuSO4溶液時生成O2的電極反應式為4OH－-4e－=O2↑+2H2O，根據電子守恒， 680%=4，解得V（O2）=13.44L。

（3）①電池總反應為2C4H10+13O2=8CO2+10H2O；由于固體電解質在高溫下能傳導O2-，電池的正極反應式為O2+4e－=2O2-；負極反應式由電池總反應減去正極反應式（消去O2），負極反應式為2C4H10-52e－+26O2-=8CO2+10H2O，進一步化簡為C4H10-26e－+13O2-=4CO2+5H2O。

②O2-為陰離子，應向負極移動。