什么是Na—S蓄电池？作用原理是什么？

什么是Na—S蓄电池？作用原理是什么？

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)，它具有运行无声、无污染、价廉、安全、使用寿命长以及维修费低廉等优点。常用的电池是由一个液体电解质将两个固体电极隔开，而Na－S电池正相反，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119℃)隔开，并允许Na＋离子通过。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，Na＋离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2.08 V。已知硫的化学式为S8，在外电路中被还原成多硫离子 。

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)，它具有运行无声、无污染、价廉、安全、使用寿命长以及维修费低廉等优点。常用的电池是由一个液体电解质将两个固体电极隔开，而Na－S电池正相反，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119℃)隔开，并允许Na＋离子通过。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，Na＋离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2.08 V。已知硫的化学式为S8，在外电路中被还原成多硫离子 。

(1)写出Na－S蓄电池的充放电的化学反应；
(2)指明Na－S蓄电池放电时的正、负极；
(3)Na－S电池的外室填充有多孔石墨，为什么？
(4)当充电完全时，硫电极内部何种物质会增加？完全放电后电池内室又是什么物质？当再次充电时，中心室是什么物质？为什么？
(5)如何判断Na－S电池充放电完全？请提出你的设计方案。
分析及解答：本题考查蓄电池的一些性质，充电时电能转化为化学能，作电解池；放电时化学能转化为电能，作原电池。由于反应可逆，反应物和生成物可以相互转化，以此解决本题的问题。
(1)Na－S蓄电池的充放电反应为：2Na(l)＋ S8(l) Na2Sn。
(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，S为正极，Na为负极。
(3)由于中心管内室的熔融Na放出电子，通过外电路将S8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以保证有效电导。
(4)由反应式看，当充电完全时，硫电极内局部地为硫所填充；完全放电后，则全部容积充满多硫化钠Na2Sn；再次充电时电池的极化作用正好相反，通电流迫使Na＋重新回到中心室，并在此放电成为Na原子。
(5)由于Na－S电池在350℃时的断路电压为2.08 V,即电池的电动势为2.08 V，我们可以用伏特表测定Na－S电池的电动势：放电时，电动势降至某额定限量即充电；充电时电动势上升达某一额定限量(2.08 V)即停止充电。
4.氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一。我们在课本里学到的合成氨技术叫哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的。他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要20～50 MPa的高压和500℃的高温，并采用铁催化剂。近一个世纪了，全世界都这样生产氨。合成氨需要高温高压，似乎是天经地义了。然而，最近有两位希腊化学家在《科学》杂志上发表文章，在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到570℃的电解池(如图)，氢气和氮气在电极上合成了氨，而且转化率达到了78%！对比哈伯法合成氨转化率仅10%～15%，听起来真像天方夜谭。

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