Question

8．據(jù)報道，摩托羅拉（MOTOROLA）公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池，電量是現(xiàn)用鎳氫電池和鋰電池的10倍，可連續(xù)使用1個月才充電一次．假定放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2-．
（1）該電池反應(yīng)的總離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O：
（2）甲醇在負(fù) 極發(fā)生反應(yīng)（填正或負(fù)），電池在放電過程中溶液的pH將下降（填“下降”或“上升”、“不變”）；若有16克甲醇蒸汽被完全氧化產(chǎn)生電能，并利用該過程中釋放的電能電解足量的CuSO₄溶液，（假設(shè)以石墨為電極，整個過程中能量總利用率為80%），若要將CuSO₄溶液恢復(fù)到原來的濃度，需加CuO（填化學(xué)式），質(zhì)量為：120g．（寫出計算過程及結(jié)果）
（3）最后，又有科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高．一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸汽．其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃（Y：釔）的ZrO₂（Zr：鋯）固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-離子（其中氧化反應(yīng)發(fā)生完全）．以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油．電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為C₄H₁₀+117O^2--26e^-=4CO₃^2-+5H₂O．

Answer 1

分析 放電時負(fù)極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，正極電極反應(yīng)式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池反應(yīng)為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，固體電解質(zhì)的燃料電池，通入空氣的電極反應(yīng)為O₂+4e^-=2O^2-，汽油在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電解過程中根據(jù)電解析出的物質(zhì)，從而判斷加入何種物質(zhì)使溶液恢復(fù)到原來的濃度，由此分析解答．

解答 解：（1）放電過程中，甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2-，則反應(yīng)的總方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
（2）放電時，甲醇被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，由總反應(yīng)式2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，可知消耗OH^-，電解質(zhì)溶液pH降低，
n（CH₃OH）=0.5mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol×6=3mol，
2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄ 轉(zhuǎn)移電子
                 2                4mol
                 x                3mol
x=1.5mol，所以應(yīng)加入1.5mol的CuO，所以質(zhì)量為120g將CuSO₄溶液恢復(fù)到原來的濃度，
故答案為：負(fù)；下降；CuO；120g；
（3）中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，丁烷失電子生成碳酸根離子和水，其電極反應(yīng)式為：C₄H₁₀+117O^2--26e^-=4CO₃^2-+5H₂O，
故答案為：C₄H₁₀+117O^2--26e^-=4CO₃^2-+5H₂O．

點評 本題綜合考查原電池工作原理，題目難度中等，注意根據(jù)題給信息正確書寫電極方程式為解答該題的關(guān)鍵，答題時注意體會電極方程式的書寫，學(xué)習(xí)中注意把握書寫方法．