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选修四
第四章 电化学基础
第一节 原电池
原电池工作原理
快速阅读下列材料,判断说法错误的一项是$(\quad\ \ \ \ )$
$\rm Nature$ $\rm Chemistry$在$\rm 2025$年发表的新型水系锌$\rm -$碘电池研究引发关注。该电池正极采用的碳纳米管复合电极具备特殊的表面电荷分布,能对不同离子产生差异化的静电作用,进而精准调控离子在电极表面的吸附与反应活性。电池以含$\text{KI}$的水溶液为电解质溶液,充放电过程涉及$\text{I}_{3}^{-}$、$\text{I}_{5}^{-}$与$\mathrm{I}^{-}$之间复杂的转化,锌电极发生$\text{Z}{{\text{n}}^{2+}}$的溶解与沉积。放电时总反应为$\text{Zn}+\text{I}_{3}^{-}=\text{Z}{{\text{n}}^{2+}}+3{{\text{I}}^{-}}$,正极存在副反应$\text{I}_{5}^{-}\rightleftharpoons {{\text{I}}^{-}}\rm ($未配平$\rm )$,且副反应程度与电极$\rm -$电解液界面的电场强度、离子浓度梯度密切相关。碳纳米管复合电极对离子的吸附符合$\rm Langmuir$吸附等温式:$\dfrac{1}{\Gamma }=\dfrac{1}{{{\Gamma }_{\text{m}}}}+\dfrac{1}{{{K}_{\text{a}}}{{\Gamma }_{\text{m}}}c}$,其中$\Gamma $是吸附量,${{\Gamma }_{\text{m}}}$是饱和吸附量,$K_{\mathrm{a}}$为吸附平衡常数,$c$为离子浓度。
放电时,正极发生的副反应的电极方程为:$\\text{I}_{5}^{-}+4{{\\text{e}}^{-}}=5{{\\text{I}}^{-}}$
","放电时,不论$\\text{I}_{3}^{-}$和$\\text{I}_{5}^{-}$消耗的速率之比如何变化,电路中每转移$2\\ \\text{mol}$电子,负极减小的质量总是$65\\text{ g}$
","若用铅酸蓄电池给该电池充电,$\\text{Pb}{{\\text{O}}_{2}}$电极应当与碳纳米管复合电极相接
","碳纳米管复合电极对$\\text{I}_{5}^{-}$的吸附程度随着$\\text{I}_{5}^{-}$浓度的增大而线性增大
"]$\rm A$.由题意可知,放电时,正极发生的副反应为$\text{I}_{5}^{-}$在正极得到电子发生还原反应生成碘离子,由原子守恒和电荷守恒得电极反应式为$\text{I}_{5}^{-}+4{{\text{e}}^{-}}=5{{\text{I}}^{-}}$,故$\rm A$正确;
$\rm B$.由总反应方程式可知,放电时锌为原电池的负极,失去电子发生氧化反应生成锌离子,由得失电子数目守恒可知,放电时,不论$\text{I}_{3}^{-}$和$\text{I}_{5}^{-}$消耗的速率之比如何变化,电路中每转移$\rm 2$ $\rm mol$电子,负极减小锌的质量总是$\rm 2$ $\rm mol\times \dfrac{1}{2}\rm \times 65$ $\rm g/mol=65$ $\rm g$,故$\rm B$正确;
$\rm C$.由题意可知,碳纳米管复合电极是原电池的正极,所以充电时与铅蓄电池正极二氧化铅相连的碳纳米管复合电极做电解池的阳极,故$\rm C$正确;
$\rm D$.伴随$c$增大,吸附量慢慢趋近饱和吸附量,由$\rm Langmuir$吸附等温式$\dfrac{1}{\Gamma }=\dfrac{1}{{{\Gamma }_{\text{m}}}}+\dfrac{1}{{{K}_{\text{a}}}{{\Gamma }_{\text{m}}}c}$可知,碳纳米管复合电极对$\text{I}_{5}^{-}$的吸附程度随着离子浓度的增大不是呈线性增大,故$\rm D$错误;
故选:$\rm D$
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