2023年新课标高考理综第10题(化学题)解析

10．一种以V₂O₅和Zn为电极、Zn(CF₃SO₃)₂水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn²⁺可插入V₂O₅层间形成Zn_xV₂O₅·nH₂O。下列说法错误的是   (   C   )

(A) 放电时V₂O₅为正极

(B) 放电时Zn²⁺由负极向正极迁移

(C) 充电总反应：xZn + V₂O₅ + nH₂O = Zn_xV₂O₅·nH₂O

(D) 充电阳极反应：Zn_xV₂O₅·nH₂O– 2xe^– = x Zn²⁺ + V₂O₅ +nH₂O

【解析】本题考查原电池和电解池基本原理知识，引用了一种具有高能量密度的可充电水系Zn-V₂O₅新型二次电池（出处：ACS Energy Lett., 2018, 3, 1366−1372），该模型在2020年前后多次被用来设计高考检测题（百度可搜：2019山东青岛3月质检；2020广东揭阳河婆中学综合测试(三)，等等），电池结构类似锂电池，而后者在大学化学专业《物理化学》课程中有较详细介绍。理解该电池的工作原理以及电极和电池反应，实事求是地讲，对于高中生有一点难度，但是选出其中的一个错误选项并非难事。全览四个选项，不难发现C、D互相矛盾，故答案肯定在C、D之中，考虑到充电（即电解）过程，阴极（即Zn电极）上发生还原反应，即Zn²⁺ + 2eàZn，所以Zn一定是在总反应的产物中，所以C错 [阳极（即V₂O₅电极）上发生氧化反应，产物一定是高价态的V₂O₅，所以V₂O₅一定是在总反应的产物中，同样说明C错]。电池总反应可表示为：