Question

全钒液流储能电池，是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置．现将钒的相关化合物溶解在pH=1的稀硫酸中，按下图组装一个模拟电池．
注：（1）如图中的离子对1为V²⁺（紫色）/V³⁺（绿色）；离子对2为VO²⁺ （蓝色）/VO₂⁺（黄色）；
（2）质子交换膜只允许质子通过．
（1）当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为

 

，此时连接两惰性电极的部分是

 

（填序号：A、外接电源；B、负载），右槽中溶液的颜色逐渐变为

 

色．
（2）在这个二次电池中，氢离子的作用是

 

和

 

；若充电时回路中共转移的电子数为1.204×10²³个，则左槽溶液中n（H⁺）的变化量为

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）左槽溶液逐渐由黄变蓝，VO₂⁺转变为VO²⁺，发生还原反应，应为原电池的负极，放电过程中，右槽是电源负极，电极反应式为V²⁺-e^-=V³⁺，V³⁺为绿色；
（2）充电时，左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺当转移电子为3.01×10²⁵个即为50 mol电子时，生成氢离子为50 mol．

解答： 解：（1）当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，说明此时为原电池，且为原电池的正极，放电过程中，右槽是电源负极，电极反应式为V²⁺-e^-=V³⁺，V³⁺为绿色，V²⁺为紫色，故可以看到右槽溶液颜色逐渐由紫色变为绿色，
故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；B；绿；
（2）放电过程中，电极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，氢离子的作用是充电时，参与正极反应，通过交换膜定向移动使电流通过溶液，平衡两槽内溶液的电性；左槽发生的反应为VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，当转移电子为1.204×10²³个即为0.2 mol电子时，生成氢离子为0.2mol，氢离子变化0.2mol，
故答案为：参与正极反应；平衡两槽内溶液的电性；0.2mol．

点评：本题考查了化学反应方程式和反应前后物质的量浓度的变化列方程求解起始反应物的浓度，并计算相应物质的化学反应速率，关于电池，在原电池中负极失去电子，为还原剂发生氧化反应，正极得到电子，为氧化剂发生还原反应，在电解池中，与电源正极相连为阳极，发生氧化反应，失去电子，与电源负极相连的阴极，发生还原反应，得到电子．