Question

13．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．如圖是釩電池基本工作原理示意圖：
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）硫酸在電池技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室中具有廣泛的應(yīng)用，在傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，硫酸是電解質(zhì)溶液，實(shí)驗(yàn)室中配制硫酸亞鐵時(shí)需要加入少量硫酸，硫酸的作用是抑制硫酸亞鐵的水解．
（2）釩電池由溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價(jià)態(tài)的釩離子（V²⁺、V³⁺、VO²⁺、VO₂⁺）為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)組成，電池總反應(yīng)為VO²⁺+V³⁺+H₂O$?_{放電}^{充電}$V²⁺+V₂⁺+2H⁺．放電時(shí)的正極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為V³⁺+e^-═V²⁺．放電過(guò)程中，電解液的pH升高（填“升高”“降低”或“不變”）．
（3）釩電池基本工作原理示意圖中“正極電解液”可能是acd．
a．VO₂⁺、VO²⁺混合液b．V³⁺、V²⁺混合液
c．VO₂⁺溶液d．VO²⁺溶液
e．V³⁺溶液f．V²⁺溶液
（4）能夠通過(guò)釩電池基本工作原理示意圖中“隔膜”的離子是H⁺．

Answer 1

分析 （1）傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，鋅與酸反應(yīng)生成氫氣，故硫酸為電解質(zhì)溶液；硫酸亞鐵容易水解，且水解顯酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解變質(zhì)；
（2）正極反應(yīng)是還原反應(yīng)；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）充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電完畢的正極電解液為VO₂⁺溶液，而放電完畢的正極電解液為VO²⁺溶液，故正極電解液可能是選項(xiàng)acd；
（4）充電和放電過(guò)程中，正極電解液與負(fù)極電解液不能混合，起平衡電荷作用的是加入的酸．

解答 解：（1）傳統(tǒng)的銅鋅原電池中，鋅與酸反應(yīng)生成氫氣，故硫酸為電解質(zhì)溶液；硫酸亞鐵容易水解，且水解顯酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解變質(zhì)，
故答案為：電解質(zhì)溶液；抑制硫酸亞鐵的水解；
（2）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；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)，放電時(shí)，消耗H⁺，溶液pH升高，
故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；V³⁺+e^-═V²⁺；升高；
（3）充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，故充電完畢的正極電解液為VO₂⁺溶液，而放電完畢的正極電解液為VO²⁺溶液，故正極電解液可能是選項(xiàng)acd，
故答案為：acd；
（4）充電和放電過(guò)程中，正極電解液與負(fù)極電解液不能混合，起平衡電荷作用的是加入的酸，故H⁺可以通過(guò)隔膜，故答案為：H⁺．

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(jiàn)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(shū)寫(xiě)方法，難度不大．