Question

Na-S电池是当前开发的一种高能蓄电池，它所贮存的能量为常用铅蓄电池的5倍（按相同质量计），具有工作无噪音、无污染、价廉、安全、使用寿命长以及维修费用低等特点。常用的电池是由液体电解质将两个固体电极隔开，而Na-S电池正好相反，它是由固体电解质将两个液体电极隔开：一个由Na-β-Al₂O₃固体电解质做成的中心管，将内室的熔融钠（熔点98℃）和外室的熔融硫（熔点113℃）隔开，并允许电子通过。整个装置密封于不锈钢容器内，此容器又兼作硫电极的集流器。在电池内部，电子穿过固体电解质和硫反应从而传递电流。350℃时，Na-S电池的断路电压为2.08V。已知该硫的化学式为S₈，在外电路中被还原成多硫离子。
（1）写出Na-S电池充、放电时的化学方程式_____
______________。
（2）写出Na-S电池放电时的电极反应式：正极__________________；负极__________________。
（3）Na-S电池的外室充有多孔石墨的作用是__________________________。
（4）如何判断Na-S电池充、放电完全？请提出你的设计方案。

Answer 1

见解析

【试题分析】

解析：本题考查了蓄电池的一些性质，充电时电能转化为化学能，可看作电解池；放电时化学能转化为电能，可看作原电池。在充、放电的过程中，反应物和产物可以相互转化。
（1）高温下，钠与硫均为熔融态，因此Na-S电池充、放电时的化学方程式为： Na₂Sn2Na （l） +S8（l）。
（2）Na-S电池放电时为原电池，失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极，因此放电时，Na为负极：16Na－16e^-=16Na⁺，S为正极：nS₈+16e^-=。
（3）内室的熔融钠放出电子，通过外电路将硫还原成多硫离子 ，但由于硫是绝缘体，故在外室填充多孔石墨增强导电性，以保证有效导电。
（4）由于Na-S电池在350℃时的断路电压为2.08V，即电池的电动势为2.08V，故可以用电压表测定Na-S电池的电动势。即放电时，电动势降至某额定限量即停止放电；充电时，电动势升至某额定限量（2.08V）即停止充电。