Question

（11分）設(shè)計出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是對世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。

最近有人制造了一種燃料電池，一個電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2－離子�；卮鹑缦聠栴}：

12－1 以丁烷代表汽油，這個電池放電時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式是：              

12－2 這個電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是：                            

負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：                                 

固體電解質(zhì)里的O^2－的移動方向是：                 

向外電路釋放電子的電極是：                   

12－3 人們追求燃料電池氧化汽油而不在內(nèi)燃機里燃燒汽油產(chǎn)生動力的主要原因是：
                                                                            

12－4 你認(rèn)為在ZrO₂晶體里摻雜Y₂O₃用Y^3＋代替晶體里部分的Zr^4＋對提高固體電解質(zhì)的導(dǎo)電能力會起什么作用？其可能的原因是什么？

答：                                                                            

12－5 汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全產(chǎn)生          堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年時間，正是新一代化學(xué)家的歷史使命。

Answer 1

12-1   2C₄H₁₀＋13O₂＝8 CO₂＋10H₂O (1分)

(必須配平; 所有系數(shù)除2等方程式均應(yīng)按正確論。)

12-2  O₂＋4e＝2 O² (2分)(O₂取其他系數(shù)且方程式配平也給滿分。)

C₄H₁₀＋13O² 26e＝4 CO₂＋5 H₂O（2分）（系數(shù)加倍也滿分。）

向負(fù)極移動；（1分；答向陽極移動或向通入汽油蒸氣的電極移動也得滿分。）

負(fù)極。（1分；答陽極或通入汽油蒸氣的電極也得滿分）

12-3  燃料電池具有較高的能量利用率。（2分）（答內(nèi)燃機能量利用率較低也滿分；用熱力學(xué)第二定律解釋等，得分相同。）

12-4  為維持電荷平衡, 晶體中的O²將減少(或?qū)е翺²缺陷)從而使O²得以在電場作用下向負(fù)極(陽極)移動 。(1分)（表述不限，要點是：摻雜晶體中的O²比純ZrO₂晶體的少。）

12-5  碳（或炭粒等） (1分)