Question

全釩液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的電池，目前釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟．全釩液流電池是以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的釩離子[V²⁺（紫色）、V³⁺（綠色）、VO²⁺（藍(lán)色）、VO₂⁺（黃色）]為正極和負(fù)極電極反應(yīng)的活性物質(zhì)，
電池總反應(yīng)為VO²⁺+V³⁺+H₂O

充電

放電

V²⁺+VO₂⁺+2H⁺．如圖1是釩電池基本工作原理示意圖：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）放電時(shí)的正極反應(yīng)式為

 

；
（2）充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為

 

，充電過程中，電解液的pH

 

 （選填“升高”“降低”或“不變”）．
（3）放電過程中氫離子的作用是

 

；若充電時(shí)轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為6.02×10²³，則左槽溶液中H⁺的變化量為

 

mol．
（4）以全釩液流電池為電源，用惰性電極電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，裝置如圖2所示．陰極的電極反應(yīng)式為

 

，
（5）電解過程中③處的生成物是

 

（填化學(xué)式）．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應(yīng)；
（3）當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽極（左槽）產(chǎn)生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過，所以有1mol H⁺移動(dòng)到右槽（溶液中有離子移動(dòng)才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，H⁺被還原生成H₂，同時(shí)促進(jìn)水的電離；
（5）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣．

解答： 解：（1）正極反應(yīng)是還原反應(yīng)，由電池總反應(yīng)可知放電時(shí)的正極反應(yīng)為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；
（2）充電時(shí)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故為V³⁺得電子生成V²⁺的反應(yīng)，電極方程式為V³⁺+e^-═V²⁺，充電時(shí)，陽極發(fā)生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，生成耗H⁺，溶液pH降低，故答案為：V³⁺+e^-═V²⁺；降低；
（3）當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，陽極（左槽）產(chǎn)生了2mol H⁺，而槽中間的交換膜只允許H⁺通過，所以有1mol H⁺移動(dòng)到右槽（溶液中有離子移動(dòng)才能形成閉合回路），所以最終左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以變化量為1mol，
故答案為：參與正極反應(yīng)和通過隔膜定向移動(dòng)使電流通過溶液；1；
（4）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，H⁺被還原生成H₂，同時(shí)促進(jìn)水的電離生成OH^-，發(fā)生2H⁺+2e ^-═H₂↑ HSO₃^-+OH^-═SO₃ ^2-+H₂O，或2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑ （或2H⁺+2e^-═H₂↑  HSO₃^-+OH^-═SO₃^2-+H₂O ）；
（5）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，HSO₃^-被氧化生成硫酸，同時(shí)氫氧根離子放電生成氧氣和氫離子，則可生成O₂、SO₂，故答案為：O₂、SO₂．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查原電池知識(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握原電池的工作原理，答題時(shí)注意體會(huì)電極方程式的書寫方法，難度不大．