Question

最近有人利用反应“2C₄H₁₀＋13O₂=8CO₂＋10H₂O”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)固体电解质中的O^2－向           极移动(填“正”或“负”)；写出该燃料电池的电极反应式：电池正极           ；电池负极            。

(2)用上述电池电解Cr₂(SO₄)₃的酸性水溶液时，阳极的电极反应式为           。电解一段时间后，阳极区域的pH将           (填“增大”、“减小”或“不变”)。在该实验中，当阴极析出金属10.4g(不考虑能量的损失)时，电池中消耗丁烷(摩尔质量为58g/mol)的质量最少是         g(结果精确至0.01g)。

Answer

(1)负；13O2＋52e－26O2－；2C4H10＋26O2－－52e－8CO2＋10H2O

(2)4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；减小；1.34

【解析】

试题分析：(1)燃料电池的负极反应是燃料失电子的氧化反应，即 2C4H10 ＋ 26O2－ － 52e－ 8CO2 ＋ 10H2O；负极上是丁烷失电子，正极是氧气得电子的还原反应，即13O2＋52e－ 26O2－ ；原电池中电解质里的阴离子移向负极；

(2)用上述电池电解Cr2(SO4)3的酸性水溶液时，阳极周围溶液的OH－发生氧化反应，其电极反应式为4OH－－4e－= O2↑＋2H2O。电解一段时间后，OH－发生氧化，促进水的电离，阳极区域的H+溶液增大，pH将减小。在该实验中，当阴极析出金属Cr的10.4g时，其物质的量为10.4g÷52g/mol=0.2mol，转移电子的物质的量为0.2mol×3=0.6mol，电池中消耗丁烷(摩尔质量为58g/mol)的质量最少是0.6mol÷(52/2)×58g/mol=1.34g。

【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理

【名师点晴】结合原电池原理，根据2C4H10＋13O2=8CO2＋10H2O准确判断电极反应是解题关键；燃料电池的负极反应是燃料失电子的氧化反应，正极是氧气得电子的还原反应，在原电池中，负极失电子，电解质里的阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解题。