Question

Na-S電池是當前開發的一種高能蓄電池，它所貯存的能量為常用鉛蓄電池的5倍（按相同質量計），具有工作無噪音、無污染、價廉、安全、使用壽命長以及維修費用低等特點。常用的電池是由液體電解質將兩個固體電極隔開，而Na-S電池正好相反，它是由固體電解質將兩個液體電極隔開：一個由Na-β-Al₂O₃固體電解質做成的中心管，將內室的熔融鈉（熔點98℃）和外室的熔融硫（熔點113℃）隔開，并允許電子通過。整個裝置密封于不銹鋼容器內，此容器又兼作硫電極的集流器。在電池內部，電子穿過固體電解質和硫反應從而傳遞電流。350℃時，Na-S電池的斷路電壓為2.08V。已知該硫的化學式為S₈，在外電路中被還原成多硫離子。
（1）寫出Na-S電池充、放電時的化學方程式_____
______________。
（2）寫出Na-S電池放電時的電極反應式：正極__________________；負極__________________。
（3）Na-S電池的外室充有多孔石墨的作用是__________________________。
（4）如何判斷Na-S電池充、放電完全？請提出你的設計方案。

Answer 1

見解析

【試題分析】

解析：本題考查了蓄電池的一些性質，充電時電能轉化為化學能，可看作電解池；放電時化學能轉化為電能，可看作原電池。在充、放電的過程中，反應物和產物可以相互轉化。
（1）高溫下，鈉與硫均為熔融態，因此Na-S電池充、放電時的化學方程式為： Na₂Sn2Na （l） +S8（l）。
（2）Na-S電池放電時為原電池，失電子發生氧化反應的為負極，得電子發生還原反應的為正極，因此放電時，Na為負極：16Na－16e^-=16Na⁺，S為正極：nS₈+16e^-=。
（3）內室的熔融鈉放出電子，通過外電路將硫還原成多硫離子 ，但由于硫是絕緣體，故在外室填充多孔石墨增強導電性，以保證有效導電。
（4）由于Na-S電池在350℃時的斷路電壓為2.08V，即電池的電動勢為2.08V，故可以用電壓表測定Na-S電池的電動勢。即放電時，電動勢降至某額定限量即停止放電；充電時，電動勢升至某額定限量（2.08V）即停止充電。