Question

13．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．如图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
（1）硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是电解质溶液，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是抑制硫酸亚铁的水解．
（2）钒电池由溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子（V²⁺、V³⁺、VO²⁺、VO₂⁺）为正极和负极的活性物质组成，电池总反应为VO²⁺+V³⁺+H₂O$?_{放电}^{充电}$V²⁺+V₂⁺+2H⁺．放电时的正极反应式为VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O，充电时的阴极反应式为V³⁺+e^-═V²⁺．放电过程中，电解液的pH升高（填“升高”“降低”或“不变”）．
（3）钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”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）能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是H⁺．

Answer 1

分析 （1）传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质；
（2）正极反应是还原反应；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）充电时阳极发生氧化反应，充电完毕的正极电解液为VO₂⁺溶液，而放电完毕的正极电解液为VO²⁺溶液，故正极电解液可能是选项acd；
（4）充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸．

解答 解：（1）传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质，
故答案为：电解质溶液；抑制硫酸亚铁的水解；
（2）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；充电时，阴极反应为还原反应，故为V³⁺得电子生成V²⁺的反应，放电时，消耗H⁺，溶液pH升高，
故答案为：VO₂⁺+2H⁺+e^-═VO²⁺+H₂O；V³⁺+e^-═V²⁺；升高；
（3）充电时阳极反应式为VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，故充电完毕的正极电解液为VO₂⁺溶液，而放电完毕的正极电解液为VO²⁺溶液，故正极电解液可能是选项acd，
故答案为：acd；
（4）充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H⁺可以通过隔膜，故答案为：H⁺．

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．