高考化学三轮冲刺最后30天之考前争分系列热点突破六新型化学电源的原理分析学案.docx

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高考化学三轮冲刺最后30天之考前争分系列热点突破六新型化学电源的原理分析学案

新型化学电源的原理分析

[突破方法]　

（1）正、负极的判断

新型电池中

（2）“放电”时正极、负极电极反应式的书写

①首先分析物质得失电子的情况。

②然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。

③对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应式－较简单一极的电极反应式＝较复杂一极的电极反应式”的方法解决。

（3）“充电”时阴极、阳极的判断

①首先应搞明白原电池放电时的正、负极。

②再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。

③电极反应式：

放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互逆。

（4）新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断

①首先应分清电池是放电还是充电。

②再判断出正、负极或阴、阳极。

放电：

阳离子―→正极，阴离子―→负极；

充电：

阳离子―→阴极，阴离子―→阳极；

总之：

阳离子―→发生还原反应的电极；

阴离子―→发生氧化反应的电极。

例　[2018·河南、河北两省联考]世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁－空气电池，其结构如图所示。

下列有关该电池放电时的说法正确的是（　　）

A．a极发生氧化反应

B．正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－

C．若有22.4L（标准状况）空气参与反应，则电路中有4mol电子转移

D．铁表面发生的反应为xH2O（g）＋Fe===FeOx＋xH2

答案　D

解析　a极通入空气，O2在该电极发生得电子的还原反应，A错误；O2在正极发生反应，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，B错误；由B项分析可知，电路中有4mol电子转移时正极上消耗1molO2，在标准状况下的体积为22.4L，则通入空气的体积约为22.4L×5＝112L，C错误；由图可知，铁表面H2O（g）参与反应生成H2，则发生的反应为xH2O（g）＋Fe===FeOx＋xH2，D正确。

1．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。

下列说法错误的是（　　）

A．溶液中OH－向电极a移动

B．电极b上发生还原反应

C．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O

D．理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4

答案　D

解析　NH3在电极a处失电子被氧化，则a为负极，b为正极，溶液中OH－向电极a（负极）移动，A正确；O2在b极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；NH3在负极上被氧化为常见无毒物质，即生成N2，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C正确；反应中NH3被氧化生成N2，而O2被还原生成OH－，根据得失电子守恒可知，n（NH3）∶n（O2）＝4∶3，D错误。

2．[2017·郑州二测]中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），它是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。

下图为RFC工作原理示意图，a、b、c、d均为Pt电极。

下列说法正确的是（　　）

A．B区的OH－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大

B．图中右管中的OH－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应

C．c是正极，电极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑

D．当有1mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2L

答案　B

解析　B区为阴极区，水电离出的H＋放电，OH－向a电极移动，A区水电离出的OH－放电，pH减小，A错误；气体Y为氢气，在c极反应：

H2－2e－＋2OH－===2H2O，气体X是氧气，在d极发生还原反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以OH－向c极移动，B正确，C错误；D项，没给出标准状况，错误。

3．新一代全固体锂离子电池使用硫化物固体电解质，利用薄层成膜技术和加压成型技术，提高了材料颗粒间的离子传导能力，从而实现了无需机械加压的充、放电。

电池的工作原理为LiMO2＋nC

Li1－xMO2＋LixCn（M可以是Co、Ni、Fe等），内部结构如图所示。

下列有关说法正确的是（　　）

A．电池放电时，负极发生的反应为nC＋xLi＋＋xe－===LixCn

B．充电时，a端接电源的负极，b端接电源的正极

C．电池充电时Li＋自左向右移动

D．电池工作时，固体电解质因熔融而导电

答案　B

解析　电池放电时，负极发生的反应为失电子的氧化反应，故A错误；可充电电池充电时，原来的负极连接电源的负极，正极连接电源的正极，故B正确；电池充电时相当于电解池，Li＋向阴极移动，即自右向左移动，故C错误；锂离子电池利用薄层成膜技术和加压成型技术，提高了材料颗粒间的离子传导性，使得硫化物固体不需要在熔融状态下即可导电，故D错误。

新型化学电源的原理分析

专题训练

1.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

该电池以Ca为负极，熔融无水LiCl—KCl混合物作电解质，结构如图所示。

正极反应式为PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。

下列说法不正确的是（　　）

A．放电过程中，Li＋向正极移动

B．常温下电解质是不导电的固体，电池不工作

C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb

D．该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb

答案　C

解析　原电池放电过程中，阳离子向正极移动，A正确；根据信息可知，此电池为热激活电池，常温下电解质是不导电的固体，电池不工作，B正确；根据正极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPb，C错误；该电池以Ca为负极，负极反应式为Ca－2e－===Ca2＋，故该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb，D正确。

2．将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

下列判断正确的是（　　）

A．反应开始时，乙中电极反应式为2I－＋2e－===I2

B．反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应

C．电流表指针为零时，两池溶液颜色不再改变

D．平衡时甲中溶入FeCl2固体后，乙中的石墨电极为负极

答案　C

解析　由电池总反应式可知，反应开始时，乙中I－发生氧化反应生成I2，则电极反应式为2I－－2e－===I2，A错误；反应开始时，甲中Fe3＋在石墨电极上发生还原反应生成Fe2＋，B错误；电流表指针为零时，反应达到平衡，乙中含有I2，溶液呈黄色；甲中含有Fe3＋，溶液呈黄色，它们的浓度不再改变，C正确；甲中溶入FeCl2固体后，题述平衡逆向移动，则Fe2＋失电子生成Fe3＋，此时甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D错误。

3．（双选）某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。

下列说法正确的是（　　）

A．Zn为电池的负极

B．正极反应式为2FeO

＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O

C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变

D．电池工作时OH－向负极迁移

答案　AD

解析　依据化合价升降判断，Zn只能失电子，为电池的负极材料，K2FeO4为正极材料，A正确；电解质溶液为KOH溶液，则正极反应式为2FeO

＋6e－＋8H2O===2Fe（OH）3＋10OH－，B错误；由题意可知放电时总反应方程式为2K2FeO4＋3Zn＋8H2O===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4KOH，电解质溶液浓度增大，C错误；原电池工作时OH－向负极迁移，D正确。

4．[2017·天津和平区期末]锂－空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．正极区产生的LiOH可回收利用

B．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替

C．该电池放电时，正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

D．该电池充电时，阴极发生氧化反应：

Li＋＋e－===Li

答案　A

解析　金属Li在负极发生氧化反应生成Li＋，Li＋向正极移动，与正极区生成的OH－结合形成LiOH，从分离出的LiOH中可以回收Li而循环使用，故正极区产生的LiOH可回收利用，A正确；Li能与盐酸反应生成H2，故电池中的有机电解液不能用稀盐酸代替，B错误；该电池放电时，O2在正极得电子发生还原反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误；该电池充电时，阴极上Li＋得电子发生还原反应，电极反应式为Li＋＋e－===Li，D错误。

5．装置（Ⅰ）为铁－镍（FeNi）可充电电池：

Fe＋NiO2＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2；装置（Ⅱ）为电解示意图。

当闭合开关K时，Y附近溶液先变红。

下列说法正确的是（　　）

A．闭合K时，X极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．闭合K时，A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni（OH）2

C．给装置（Ⅰ）充电时，B极参与反应的物质被氧化

D．给装置（Ⅰ）充电时，OH－通过阴离子交换膜移向电极A

答案　D

解析　闭合K时，装置（Ⅱ）为电解池，电极Y附近溶液先变红，说明电极Y附近有OH－生成，则Y为阴极，X为阳极，故A是正极，B是负极。

闭合K时，X是阳极，阳极上Cl－失去电子被氧化为Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误；闭合K时，A是正极，发生还原反应，因交换膜为阴离子交换膜，故通过交换膜的离子为OH－，所以A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni（OH）2＋2OH－，B错误；电池充电时，原来的负极B与外加电源的负极相连作阴极，发生还原反应，C错误；电池充电时，原来的正极A与外加电源的正极相连作阳极，故OH－通过阴离子交换膜向电极A（即阳极）移动，D正确。

6．[2017·河北衡水中学摸底]为解决淀粉厂废水中BOD严重超标的问题，有人设计了电化学降解法。

如图是利用一种微生物将废水中有机物[主要成分是（C6H10O5）n]的化学能转化为电能的装置，下列说法中正确的是（　　）

A．N极是负极

B．该装置工作时，H＋从右侧经阳离子交换膜移向左侧

C．负极的电极反应为（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋

D．物质X是OH－

答案　C

解析　由图可知，O2在N极发生还原反应生成X，则N极是正极，A错误；放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故H＋从左侧经阳离子交换膜移向右侧，B错误；由图可知，M电极上有机物[主要成分是（C6H10O5）n]在微生物作用下生成H＋，则电极反应式为（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，C正确；O2在正极得电子被还原，与迁移来的H＋结合生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故物质X是H2O，D错误。

7．硼化钒（VB2）空气电池是目前储电能力最强的电池，电池结构示意图如下，该电池工作时总反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列说法正确的是（　　）

A．电极a为电池负极，发生还原反应

B．每消耗1molVB2转移6mol电子

C．电池工作时，OH－向电极a移动

D．VB2极发生的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O

答案　D

解析　由题图可知，空气通入电极a，显然电极a为正极，发生还原反应，A错误；4molVB2发生反应时消耗11molO2，同时转移44mol电子，故消耗1molVB2时转移11mol电子，B错误；电池工作时，阴离子（OH－）向负极（VB2极）移动，C错误；正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，用总反应式减去正极反应式的11倍即得负极反应式，故VB2在负极上发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D正确。

8．[2018·安徽省“江南十校”联考]高铁电池是一种可充电电池，负极材料是Zn，氧化产物是Zn（OH）2，正极材料是K2FeO4（易溶盐），还原产物是Fe（OH）3，电解质溶液是KOH水溶液。

下列有关说法正确的是（　　）

A．高铁电池放电时，正极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

B．高铁电池充电时，阴极反应式为Fe（OH）3＋5OH－－3e－===FeO

＋4H2O

C．高铁电池放电时的总反应为2FeO

＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－

D．高能碱性电池的工作电压比高铁电池更稳定

答案　C

解析　放电时，正极发生还原反应，应是FeO

得电子，故A错误；充电时，阴极发生还原反应，应是Zn（OH）2得电子，故B错误；高铁电池放电时的总反应为2FeO

＋8H2O＋3Zn===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－，故C正确；根据题图可知，高铁电池的工作电压比高能碱性电池更稳定，故D错误。

9．用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．电池总反应式为H2＋2NiO（OH）

2Ni（OH）2

B．放电时，甲电极为负极，OH－移向乙电极

C．放电时，乙电极反应为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－

D．充电时，甲电极与直流电源的正极相连

答案　C

解析　放电时，H2在甲电极放电，负极的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，正极的电极反应式为2NiO（OH）＋2H2O＋2e－===2Ni（OH）2＋2OH－，则两式相加得总反应式：

H2＋2NiO（OH）

2Ni（OH）2，故A错误；放电时，该电池为原电池，甲电极为负极，电解质溶液中阴离子向负极移动，所以OH－向负极甲电极移动，故B错误；放电时，乙电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应式为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－，故C正确；放电时，氢气在甲电极发生氧化反应，甲电极作负极，充电时，甲电极发生还原反应，作阴极，应与电源的负极相连，故D错误。

10．如图装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。

工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28g。

（1）装置甲的A电极为电池的________极，电解质的K＋从离子交换膜的________（填“左侧”或“右侧”，下同）向离子交换膜的________迁移；B电极的电极反应式为________________________。

（2）装置乙中D电极析出的气体是________，体积为________mL（标准状况）。

答案　

（1）负　左侧　右侧　I

＋2e－===3I－

（2）H2（或氢气）　224

解析　

（1）由E电极（铜）的质量减少可知E为阳极，则F为阴极，A为负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。

原电池中阳离子从负极移向正极，即K＋由左侧透过离子交换膜移向右侧。

根据电池放电的化学方程式知，I

在正极得电子发生还原反应，生成I－。

（2）D电极上首先发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗尽时，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，该电极析出的H2的体积为：

×22400mL·mol－1＝224mL。