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(qū)域的離子濃度發(fā)生變化，為平衡區(qū)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(tài)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(huán)境，本題原電池電解質溶液為堿性，因此生成的H+還能發(fā)生后續(xù)反應被消耗；電極反應過程會使電解質溶液區(qū)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(jù)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(wèi)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(qū)移向b極區(qū)

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(qū)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(qū)，或者OH-移向a極區(qū)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(qū)警示在電解質溶液中，由于電極反應的發(fā)生，可能使得電極區(qū)域的離子濃度發(fā)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(qū)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(fā)生變化，連帶反應發(fā)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