Question

钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。

（1）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。

①若左槽溶液颜色逐渐由蓝变黄，其电极反应式为                       。

②放电过程中，右槽溶液颜色的颜色变化为               。

③放电过程中氢离子的作用是：通过交换膜定向移动使电流通过溶液形成闭合回路和              ；

（2）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示（A、B为多孔碳棒）。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷的体积为V L。

①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为                       ；

②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为                       ；

③V＝67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为                。

Answer

（1）①VO2＋+ H2O－e—＝VO2＋+2H＋ ②紫；绿 ③参与正极反应

（2）①CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O ②CH4－8e－+9CO32－+3H2O=10HCO3－

③c(K+)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H+)

【解析】

试题分析：（1）①蓝色变黄，是由VO2＋→VO2＋，电极反应式为VO2＋+ H2O－e—＝VO2＋+2H＋；②放电相当于是原电池，右槽是负极，失去电子，化合价升高，应是V2＋→V3＋，颜色紫色变成绿色；③放电过程是原电池装置，根据①可知H＋的另一个作用是参与电极反应。

（2）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH4+2O2＝CO2+2H2O、②CO2+2KOH＝K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3；

①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH4）≤2mol，则0＜n（CO2）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O。

②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH4）≤4mol，则2mol＜n（CO2）≤4mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4－8e－+9CO32－+3H2O=10HCO3－；

③当V=67.2 L时，n（CH4）=3mol，n（CO2）=3mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH＝K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液，则c(K+)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H+)。

【考点定位】本题主要是考查电化学原理的应用与有关计算

【名师点晴】该题涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大。答题的关键是明确二氧化碳与氢氧化钾反应的原理以生成物判断。NaOH与CO2反应产物的判断的依据为2NaOH（过量） + CO2＝Na2CO3 + H2O或NaOH+CO2(过量)＝NaHCO3。答题的思路为