Question

全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟．全钒液流电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子[V²⁺（紫色）、V³⁺（绿色）、VO²⁺（蓝色）、VO₂⁺（黄色）]为正极和负极电极反应的活性物质，
电池总反应为VO²⁺+V³⁺+H₂O

充电

放电

V²⁺+VO₂⁺+2H⁺．如图1是钒电池基本工作原理示意图：

请回答下列问题：
（1）放电时的正极反应式为

 

；
（2）充电时的阴极反应式为

 

，充电过程中，电解液的pH

 

 （选填“升高”“降低”或“不变”）．
（3）放电过程中氢离子的作用是

 

；若充电时转移电子的数目为6.02×10²³，则左槽溶液中H⁺的变化量为

 

mol．
（4）以全钒液流电池为电源，用惰性电极电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，装置如图2所示．阴极的电极反应式为

 

，
（5）电解过程中③处的生成物是

 

（填化学式）．

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）放电时正极发生还原反应；
（2）充电时，阴极反应为还原反应，故为V³⁺得电子生成V²⁺的反应；
（3）当转移1mol电子时，阳极（左槽）产生了2mol H⁺，而槽中间的交换膜只允许H⁺通过，所以有1mol H⁺移动到右槽（溶液中有离子移动才能形成闭合回路），所以最终左槽H⁺增加了1mol H⁺；
（4）阴极发生还原反应，H⁺被还原生成H₂，同时促进水的电离；
（5）阳极发生氧化反应生成氧气．

解答： 解：（1）正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；
（2）充电时，阴极反应为还原反应，故为V³⁺得电子生成V²⁺的反应，电极方程式为V³⁺+e^-═V²⁺，充电时，阳极发生VO²⁺+H₂O=VO₂⁺+2H⁺+e^-，生成耗H⁺，溶液pH降低，故答案为：V³⁺+e^-═V²⁺；降低；
（3）当转移1mol电子时，阳极（左槽）产生了2mol H⁺，而槽中间的交换膜只允许H⁺通过，所以有1mol H⁺移动到右槽（溶液中有离子移动才能形成闭合回路），所以最终左槽H⁺增加了1mol H⁺，所以变化量为1mol，
故答案为：参与正极反应和通过隔膜定向移动使电流通过溶液；1；
（4）阴极发生还原反应，H⁺被还原生成H₂，同时促进水的电离生成OH^-，发生2H⁺+2e ^-═H₂↑ HSO₃^-+OH^-═SO₃ ^2-+H₂O，或2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑，
故答案为：2HSO₃^-+2e^-═2 SO₃^2-+H₂↑ （或2H⁺+2e^-═H₂↑  HSO₃^-+OH^-═SO₃^2-+H₂O ）；
（5）阳极发生氧化反应，HSO₃^-被氧化生成硫酸，同时氢氧根离子放电生成氧气和氢离子，则可生成O₂、SO₂，故答案为：O₂、SO₂．

点评：本题综合考查原电池知识，侧重于学生的分析能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意把握原电池的工作原理，答题时注意体会电极方程式的书写方法，难度不大．