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電解質溶液中粒子的定向運動問題探析

2019-02-15 08:27:50
數理化解題研究 2019年1期

劉 宇

(四川省瀘縣二中 646106)

電池的內電路由電解質或者熔融電解質充當,在放電過程中,電解質體系中由于粒子在電極上放電,導致電極區域的離子濃度發生變化,為平衡區域電荷守恒,電解質溶液中的粒子通過定向運動解決問題.

一、粒子運動的定性分析

例1 一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態下能傳導O2-.下列對該燃料電池說法正確的是( ).

A.在熔融電解質中,O2-由負極移向正極

B.電池的總反應是:2C4H10+13O2→8CO2+10H2O

C.通入空氣的一極是正極,電極反應為:O2+2H2O+4e-=4OH-

D.通入丁烷的一極是負極,電極反應為:C4H10+13O2-+26e-=4CO2+5H2O

答案 B

例2 堿性硼化釩(VB2)一空氣電池工作時反應為:4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5.用該電池為電源,選用情性電極電解硫酸銅溶液,實驗裝置如圖1所示.下列說法正確的是( ).

圖1

A.VB2電極的電極反應式為:

B.外電路中電子由c電極流向VB2電極

C.電解過程中SO42-向b電極移動

D.電解過程中,b電極表面有紅色物質析出

答案 C

方法技巧電極反應也屬于化學反應,因此在書寫時需要關注電解質溶液環境,本題原電池電解質溶液為堿性,因此生成的H+還能發生后續反應被消耗;電極反應過程會使電解質溶液區域電荷不守恒導致粒子的定向運動,但粒子運動不是為了在電極放電.

例3 據報道,以硼氫化合物NaBH4(硼元素的化合價為+3價)和H2O2作原料的燃料電池,負極材料采用Pt/C,正極材料采用MnO2,可用作空軍通信衛星電源,其工作原理如圖2所示.下列說法正確的是( ).

圖2

A.電池放電時……

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