電解質溶液中粒子的定向運動問題探析

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Na+從a極區移向b極區

B．每消耗3 mol H2O2，轉移的電子為3 mol

C．電極a采用MnO2，MnO2既作電極材料又有催化作用

答案:A

能力提升電極放電導致區域電荷不守恒，可通過粒子的定向運動平衡電荷，本題電極a陰離子減少，可通過Na+移向b極區，或者OH-移向a極區平衡電荷，但是在鈉離子交換膜使用下，只能Na+選擇性的作定向運動.

二、粒子運動的定量分析

B．放電時，交換膜右側溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應隨之改變

D．當電路中轉移0.01 mol e-時，交換膜左側溶液中約減少0.02 mol離子

圖3

答案:D

誤區警示在電解質溶液中，由于電極反應的發生，可能使得電極區域的離子濃度發生變化，放電后溶液中的陰陽離子分別進行定向運動以維持區域的電中性原理，在隔膜情況下，限定了陰離子(或陽離子)，甚至特定離子通過隔膜，因此放電實質反應能接觸到的離子發生變化，連帶反應發生變化.

圖4

①電源的正極是____(填A或B)，陰極反應式為____.

②若電解過程中轉移了3 mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差|Δm左|-|Δm右|為____g.

②16