Question

最近我國自主研制了一種新型燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣，電池的電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-．回答如下問題：
（1）以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油，這個電池放電時發生反應的化學方程式是

2C₄H₁₀+13O₂→8CO₂+10H₂O

；
（2）這個電池的正極發生的反應是

O₂+4e^-=2O^2-

，固體電解質里O^2-的移動方向是

從正極移向負極

，向外電路釋放電子的電極通入的是

C₄H₁₀

氣體．
（3）用以上裝置進行粗銅的精煉，提煉出1噸純銅時，需要消耗燃料氣（C₄H₁₀）

27

m³ （在標準狀況下）．（計算結果取整數）
（4）請畫出粗銅精煉的裝置簡圖．（標出電極材料、電極名稱、電解質溶液）

．

Answer 1

分析：（1）根據燃料電池放電時發生反應是燃料燃燒的化學方程式來書寫；
（2）該燃料電池的正極上是氧氣發生得電子的還原反應，負極發生的是燃料丁烷失電子的氧化反應，電子從負極流向正極，據此來回答；
（3）進行粗銅的精煉時，需要消耗的燃料氣可以根據裝置中轉移電子守恒知識來計算；
（4）粗銅精煉時，陽極材料是粗銅，陰極材料是精銅，電解質是含有銅離子的鹽溶液．

解答：解：（1）丁烷燃料電池放電時發生反應是丁烷燃燒的化學方程式，即2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，
故答案為：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O
（2）電池放電時負極發生的是燃料丁烷失電子的氧化反應，正極上是氧氣發生的電子的還原反應，即：O₂+4e^-═2O^2-，在燃料電池中，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O^2-向負極移動，負極向外電路釋放電子，
故答案為：O₂+4e^-═2O^2-；從正極移向負極；C₄H₁₀；
（3）電解精煉銅時，在陰極上發生的電極反應是Cu²⁺+2e^-═Cu，當生成1噸金屬時，轉移電子的物質的量是：

2×106g

64g/mol

=3.125×10⁴mol，
根據電池反應：2C₄H₁₀+13O₂═8CO₂+10H₂O，當轉移這些電子時，需要消耗燃料氣（C₄H₁₀）的體積是

3.125×104mol×2

52

×22.4L/mol≈27m³，
故答案為：27；
（4）粗銅精煉時，陽極材料是粗銅，陰極材料是精銅，電解質是含有銅離子的鹽溶液，裝置圖為，
故答案為：．

點評：本題考查學生燃料電池以及電解精煉銅的工作原理知識，可以根據所學知識進行回答，注意電子守恒，難度不大．