Question

最近我国自主研制了一种新型燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-．回答如下问题：
（1）以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油，这个电池放电时发生反应的化学方程式是

2C₄H₁₀+13O₂→8CO₂+10H₂O

；
（2）这个电池的正极发生的反应是

O₂+4e^-=2O^2-

，固体电解质里O^2-的移动方向是

从正极移向负极

，向外电路释放电子的电极通入的是

C₄H₁₀

气体．
（3）用以上装置进行粗铜的精炼，提炼出1吨纯铜时，需要消耗燃料气（C₄H₁₀）

27

m³ （在标准状况下）．（计算结果取整数）
（4）请画出粗铜精炼的装置简图．（标出电极材料、电极名称、电解质溶液）

．

Answer 1

分析：（1）根据燃料电池放电时发生反应是燃料燃烧的化学方程式来书写；
（2）该燃料电池的正极上是氧气发生得电子的还原反应，负极发生的是燃料丁烷失电子的氧化反应，电子从负极流向正极，据此来回答；
（3）进行粗铜的精炼时，需要消耗的燃料气可以根据装置中转移电子守恒知识来计算；
（4）粗铜精炼时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质是含有铜离子的盐溶液．

解答：解：（1）丁烷燃料电池放电时发生反应是丁烷燃烧的化学方程式，即2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案为：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O
（2）电池放电时负极发生的是燃料丁烷失电子的氧化反应，正极上是氧气发生的电子的还原反应，即：O₂+4e^-═2O^2-，在燃料电池中，电解质里的阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以电解质里O^2-向负极移动，负极向外电路释放电子，
故答案为：O₂+4e^-═2O^2-；从正极移向负极；C₄H₁₀；
（3）电解精炼铜时，在阴极上发生的电极反应是Cu²⁺+2e^-═Cu，当生成1吨金属时，转移电子的物质的量是：

2×106g

64g/mol

=3.125×10⁴mol，
根据电池反应：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，当转移这些电子时，需要消耗燃料气（C₄H₁₀）的体积是

3.125×104mol×2

52

×22.4L/mol≈27m³，
故答案为：27；
（4）粗铜精炼时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质是含有铜离子的盐溶液，装置图为，
故答案为：．

点评：本题考查学生燃料电池以及电解精炼铜的工作原理知识，可以根据所学知识进行回答，注意电子守恒，难度不大．