Question

据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月才充电一次．假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2-．
（1）该电池反应的总离子方程为

 

；
（2）甲醇在

 

极（填“正”或“负”）发生反应，电池在放电过程中溶液的pH将

 

（填“下降”或“上升”、“不变”）；若有16克甲醇蒸汽被完全氧化产生电能，并利用该过程中释放的电能电解足量的CuSO₄溶液，（假设整个过程中能量总利用率为80%），则将产生标准状况下的O₂

 

升．
（3）最近，又有科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高．一个电极通入空气，另一个电极通入天然气．其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃（Y：钇）的ZrO₂（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O^2-离子（其中氧化反应发生完全）．以甲烷（CH₄）代表汽油．
①电池的正极反应式为

 

；
②放电时固体电解质里的O^2-离子的移动方向是向

 

极移动（填“正”或“负”）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：

分析：放电时负极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，正极电极反应式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，电池反应为2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，固体电解质的燃料电池，通入空气的电极反应为O₂+4e^-=2O^2-，汽油在负极发生氧化反应，原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动．

解答： 解：（1）放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2-，则反应的总方程式为2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
（2）放电时，甲醇被氧化，应为电池负极反应，由总反应式2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，可知消耗OH^-，电解质溶液pH降低，
n（CH₃OH）=0.5mol，转移电子的物质的量为0.5mol×6=3mol，
2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄转移电子
                   22.4L        4mol
                   x            3mol
x=16.8L，
故答案为：负；下降；16.8；
（3）①固体电解质的燃料电池，通入空气的电极反应为O₂+4e^-=2O^2-，故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；
②原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故答案为：负．

点评：本题综合考查原电池工作原理，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，题目难度中等，注意根据题给信息正确书写电极方程式为解答该题的关键，答题时注意体会电极方程式的书写，学习中注意把握书写方法．