历年高中化学竞赛电化学题

2001年到2005年全国高中化学竞赛电化学试题

历年电化学

（2001）第12题（11分）设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的固体电解质是晶格掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2-离子。回答如下问题：

12-1 以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是：2 C4H10 + 13 O2 = 8 CO2 + 10 H2O (1分)(必须配平; 所有系数除2等方程式均应按正确论。)

12-2 这个电池的正极发生的反应是：O2 +4e = 2 O2– (2分)(O2取其他系数且方程式配平也给满分。)

负极发生的反应是：C4H10 + 13O2– –26e = 4 CO2 + 5 H2O（2分）（系数加倍也满分。）

固体电解质里的O2–的移动方向是：向负极移动；（1分；答向阳极移动或向通入汽油蒸气的电极移动也得满分。）

向外电路释放电子的电极是：负极。（1分；答阳极或通入汽油蒸气的电极也得满分）

12-3 人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是： 燃料电池具有较高的能量利用率。（2分）（答内燃机能量利用率较低也满分；用热力学第二定律解释等，得分相同。） 12-4 你认为在ZrO2晶体里掺杂Y2O3用Y3+代替晶体里部分的Zr4+对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？答： 为维持电荷平衡, 晶体中的O2–将减少(或导致O2–缺陷)从而使O2–得以在电场作用下向负极(阳极)移动 。(1分)（表述不限，要点是：掺杂晶体中的O2–比纯ZrO2晶体的少。）

12-6 汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生等）堵塞电极的气体通道。有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。(1分)

（2002）第10题（10分）某远洋船只的船壳浸水面积为4500 m2，与锌块相连来保护，额定电流密度为15.0 mA/m2，预定保护期限2年，可选择的锌块有两种，每块的质量分别为15.7 kg和25.9 kg，通过每块锌块的电流强度分别为0.92 A和1.2 A。计算说明，为达到上述保护船体的目的，最少各需几块锌块？用哪种锌块更合理？为什么？

首先算出通过体系的总电量：

2x365dx24h/dx60min/hx60s/min = 6.307x10 s

0.0150 A/m2 x 4500 m2 = 67.5 A

67.5 A x 6.307x107 s = 4.257x109 C

其次计算总共需要多少锌：电子的量为： 7

（1分） （1分） (1分) （1分） 4.257x109C/9.65x104C/mol = 4.411x104mol

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