Question

【題目】設計出燃料電池使汽油氧化直接產生電流是本世紀最具有挑戰性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個極通入空氣，另一個極通入汽油蒸氣，電池的電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2-，回答如下問題：

⑴以丁烷為汽油代表，這個電池放電時發生的化學反應的方程式是：_______；

⑵這個電池負極發生的反應是：C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O，正極發生的反應是：____；固體電解質里O2-的移動方向是：_____；向外電路釋放電子的電極是：___；

⑶人們追求燃料電池氧化汽油而不在內燃機里燃燒汽油產生動力的主要原因是：_______；

⑷汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應不完全產生_____堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應至少還需10年，這正是新一代化學家的歷史使命。

⑸碳氫化合物完全燃燒生成CO2和H2O。常溫常壓下，空氣中的CO2，溶于水達到平衡時，溶液的溶液的pH=5.6， c(H2CO3)=1.5×10-5mol·L-1。若忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則H2CO3 H++HCO3-的平衡常數K1＝____（已知：10-5.60＝2.5×10-6）。

Answer 1

【答案】2C4H10+13O2=8CO2+10H2O O2+4e-=2O2- 向負極移動 負極 燃料電池具有較高的能量利用率 碳粒 4.2×10-7

【解析】

（1）燃料電池的總反應和燃料燃燒的化學方程式一致，則電池總反應為2C4H10+13O2＝8CO2+10H2O，故答案為：2C4H10+13O2＝8CO2+10H2O；

（2）丁烷燃料電池放電時，氧氣在正極得到電子發生還原反應生成O2-，電極反應式為O2+4e-=2O2-，電解質里的陽離子移向正極，陰離子移向負極，所以電解質里O2-移向負極，負極上甲烷失去電子發生氧化反應，向外電路釋放電子，故答案為：O2+4e-=2O2-；向負極移動；負極；

（3）原電池具有能量利用率高的特點，而燃燒時化學能轉變為熱能和光能，故答案為：燃料電池具有較高的能量利用率；

（4）烷不完全氧化會生成碳粒，從而堵塞電極的氣體通道，故答案為：碳粒；

（5）由題意可知，溶液中c（H+）=c（HCO3-）=10-5.60＝2.5×10-6mol/L，c（H2CO3）=1.5×10-5mol L，則H2CO3 H++HCO3-的平衡常數K1＝==4.2×10-7，故答案為：=4.2×10-7。