Question

20．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）、VO${\;}_{2}^{+}$（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$?_{放電}^{充電}$V²⁺+VO${\;}_{2}^{+}$+2H⁺．
如圖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VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；
（2）充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為V³⁺+e^-═V²⁺，充電過程中，電解液的pH降低 （選填“升高”“降低”或“不變”）．
（3）放電過程中氫離子的作用是參與正極反應(yīng)和通過隔膜定向移動(dòng)使電流通過溶液；
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1mol．

Answer 1

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⁺．

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．

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．