高三化学一轮复习化学电源.docx

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高三化学一轮复习化学电源

高三化学一轮复习——化学电源

知识梳理

[学在课内]

1．一次电池——碱性锌锰干电池

正极反应：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO（OH）＋2OH－；

负极反应：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2；

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO（OH）＋Zn（OH）2。

2．二次电池——可充电电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

（1）放电时的反应

①负极：

Pb－2e－＋SO

===PbSO4。

②正极：

PbO2＋2e－＋SO

＋4H＋===PbSO4＋2H2O。

③总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

（2）充电时的反应

①阴极：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

。

②阳极：

PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO

＋4H＋。

③总反应：

2PbSO4（s）＋2H2O（l）===Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）。

[注意]　可充电电池的充放电不能（填“能”或“不能”）理解为可逆反应。

3．燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种：

酸性

碱性

负极反应式

H2－2e－===2H＋

H2－2e－＋2OH－===2H2O

正极反应式

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

电池总反应式

2H2＋O2===2H2O

[考在课外]

教材延伸

判断正误

（1）太阳能电池不属于原电池（√）

（2）碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li（s）＋I2（s）===2LiI（s），则碘电极作该电极的负极（×）

（3）铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应（×）

（4）可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应（×）

拓展应用

（1）

（2）通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：

Pt电极上发生的是还原反应（填“氧化”或“还原”）。

写出NiO电极的电极反应式：

NO－2e－＋O2－===NO2。

思维探究

一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池（如下图所示）的碳电极。

该电池的电解质溶液为6mol·L－1的KOH溶液。

（1）当闸刀掷向充电器时，该装置为电解池，镍电极反应式为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiO（OH）＋H2O。

（2）当闸刀掷向用电器时，该装置为原电池，镍电极电极反应式为NiO（OH）＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－。

[基础点巩固]

1．如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极

B．a极的电极反应式：

H2－2e－===2H＋

C．电池工作一段时间后，装置中c（H2SO4）增大

D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多

解析　a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，A项正确；以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，B项正确；电池工作一段时间后，装置中c（H2SO4）减小，C项错误；根据电池总反应：

2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知等物质的量的CH4消耗O2较多，D项正确。

答案　C

2．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼（N2H4）为燃料的电池装置如下图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是（　　）

A．b极发生氧化反应

B．a极的反应式：

N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

C．放电时，电流从a极经过负载流向b极

D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜

解析　燃料电池燃料（N2H4）在负极（a极）发生氧化反应N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极发生还原反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。

答案　B

3．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。

质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A．电极a为电池的负极

B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2S

D．每17gH2S参与反应，有1molH＋经质子膜进入正极区

解析　电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4mol电子，在负极消耗2molH2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17g（0.5mol）H2S参与反应，生成1molH＋经质子膜进入正极区，D项正确。

答案　C

[名师点拨]

）

4．

（1）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。

下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。

电极b作________极，表面发生的电极反应为_________________________________。

（2）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。

某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。

①X为________极，Y电极反应式为__________________________________

__________________________________________________________。

②Y极生成1molCl2时，________molLi＋移向________（填“X”或“Y”）极。

解析　

（1）从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。

（2）根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。

答案　

（1）正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH

（2）①正　2Cl－－2e－===Cl2↑

②2　X

[名师点拨]

电极反应式的书写

（1）一般电极反应式的书写

（2）复杂电极反应式的书写

＝

－

如CH4酸性燃料电池中

CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式①

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式②

①－②得

CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式Ｋ

[能力点提升]

5．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池的总反应为：

Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6（x<1）。

下列关于该电池的说法不正确的是（　　）

A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移

B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6

C．充电时，若转移1mole－，石墨（C6）电极将增重7xg

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

解析　放电时，负极反应为：

LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为：

Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为：

xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，转移1mole－时，石墨C6电极将增重7g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：

LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。

答案　C

6．中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池（图1），电池的工作原理如图2。

下列有关说法正确的是（　　）

A．放电时，纸张中的纤维素作锂电池的正极

B．放电时，Li＋由正极经过有机电解质溶液移向负极

C．开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源正极

D．充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋

解析　纤维素不导电，石墨导电，故放电时，纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极，A项错误；原电池或电解池工作时，电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则，即电池放电时，电解质中的阳离子移向正极，据此可快速判断锂电池放电时，带正电荷的Li＋由负极经过有机电解质溶液移向正极，B项错误；充电时，直流电源负极与电池负极（金属锂）相连，故X为直流电源负极，C项错误；充电时，空气电极作阳极，此时Li2O2失去电子生成O2：

Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，D项正确。

答案　D

[名师点拨]

1．充放电电池解题模板

2．速记速判

简单电极先写出，复杂反应相减得。

负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。

[高考真题体验]

7．（2017·课标全国Ⅲ，11）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是（　　）

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：

Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02mol，其质量为0.14g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx

16Li＋xS8（2≤x≤8），故Li2S2的量会越来越少，错误。

答案　D

8．（2018·课标全国Ⅲ，11）一种可充电锂空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x（x＝0或1）。

下列说法正确的是（　　）

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

O2

解析　根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极（锂电极）流出，通过外电路流向正极（多孔碳材料电极），B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极（锂电极）迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋

O2，D项正确。

答案　D

9.（2017·海南卷）一种电化学制备NH3的装置如下图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。

下列叙述错误的是（　　）

A．Pd电极b为阴极

B．阴极的反应式：

N2＋6H＋＋6e－===2NH3

C．H＋由阳极向阴极迁移

D．陶瓷可以隔离N2和H2

解析　此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；根据电解池的原理，阳离子由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。

答案　A