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文檔簡介
備戰(zhàn)2025年高考化學(xué)【一輪-考點(diǎn)精講精練】復(fù)習(xí)講義
考點(diǎn)36原電池及其應(yīng)用、新型化學(xué)電源
疆本講?講義概要
—.原電池的工作原理
二.原電池原理的應(yīng)用
知識(shí)精講
三.常見的化學(xué)電源
四.新型化學(xué)電源
選擇題:20題建議時(shí)長:60分鐘
課后精練
實(shí)際時(shí)長:
非選擇題:5題分鐘
吆夯基?知識(shí)精講________________________________________________________
一.原電池的工作原理
1.原電池的概念:把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。
2.原電池的構(gòu)成條件
(1)有兩個(gè)活潑性不同的電極(常見為金屬或石墨,燃料電池的兩個(gè)電極可以相同)。
(2)將電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)或離子導(dǎo)體中。
(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導(dǎo)線連接),需滿足三個(gè)條件:a.存在電解質(zhì);b.兩電極直接
或間接接觸;c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。
(4)能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。
3.原電池的工作原理——以銅鋅原電池為例
(1)電極
①負(fù)極:失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)
e~沿導(dǎo)線傳遞,有電流產(chǎn)生②正極:得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)
還原反應(yīng)(2)電子定向移動(dòng)方向和電流方向
2H++2e-=IIt
2①電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極
②電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極
+2+
總反應(yīng)離子方程式:Zn+2H^=Zn+H2t(3)離子移動(dòng)方向
陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽離子向正極移動(dòng)
(電子不下水,離子不上岸)
4.單液原電池(無鹽橋)和雙液原電池(有鹽橋)對(duì)比——以銅鋅原電池為例
(1)工作原理
名稱單液原電池雙液原電池
電極名稱負(fù)極(鋅片)正極(銅片)
電極反應(yīng)Zn—2e-=Zn2+(氧化反應(yīng))Cu2++2e-=Cu(還原反應(yīng))
相
同總反應(yīng)Zn-|-Cu2+=Zn2++Cu
點(diǎn)
電子流向電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極:由Zn沿導(dǎo)線流向Cu
電流流向電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極:由Cu沿導(dǎo)線流向Zn
電解質(zhì)溶液中,陰離子向負(fù)極遷移,陽離子向正極遷移
不離子遷移
同方向Cu2+移向正極,SCV一移向負(fù)極鹽橋含飽和KC1溶液,K+移向正極,C「移向負(fù)極
點(diǎn)
能量轉(zhuǎn)化還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸,Zn與氧化劑CM+不直接接觸,僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為
效率既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,又有化學(xué)電能,避免了能量損耗,故電流穩(wěn)定,持續(xù)時(shí)間長。
能轉(zhuǎn)化為熱能,造成能量損耗。
鹽橋的組成和作用
①鹽橋中裝有飽和的KC1、KNC>3等溶液和瓊膠制成的膠凍。
②鹽橋的作用:a.連接內(nèi)電路,形成閉合回路;
b.平衡電荷,使原電池能持續(xù)提供電流;
C.可以提高能量轉(zhuǎn)化效率。
5.原電池正、負(fù)極的判斷方法
(1)根據(jù)原電池的兩電極材料來判斷
兩種金屬(或金屬與非金屬)組成的電極,若它們都與(或都不與)電解質(zhì)溶液單獨(dú)能反應(yīng),則較活潑的金
屬作負(fù)極;若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng),則能反應(yīng)的電極作負(fù)極。
(2)根據(jù)外電路中電子流向或電流方向來判斷
電子流出或電流流入的一極負(fù)極;電子流入或電流流出的一極正極。
(3)根據(jù)電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式來判斷
作還原劑、失電子、化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極;
作氧化劑、得電子、化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極;
(4)根據(jù)電極現(xiàn)象來判斷
工作后,電極質(zhì)量減少,說明該電極金屬溶解,失去電子變成金屬離子,該電極為負(fù)極;電極質(zhì)量增
加或不變,說明溶液中的陽離子在該電極放電生成金屬單質(zhì)或溶液中的陽離子得電子,該電極為正極。
(5)根據(jù)內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液中)中離子的遷移方向來判斷
陽離子向正極移動(dòng);陰離子向負(fù)極移動(dòng)。
【注意】
①活潑性強(qiáng)的金屬不一定作負(fù)極,對(duì)于某些原電池,如鎂、鋁和NaOH溶液組成的原電池,A1作負(fù)極,
Mg作正極。原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要形成思維定式——活
潑金屬一定是負(fù)極,但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。
總反應(yīng)Cu+4H++2NO3=Cu2++2NO2T+2H2。
A1——Cu(濃硝酸)負(fù)極反應(yīng)Cu_2e-=Cu2+
正極反應(yīng)
4H++2NO3+2e-=2NO2t+2H2O
總反應(yīng)2A1+2H2O+2OH=2A1O2-+3H2T
A1------Mg(NaOH溶液)負(fù)極反應(yīng)2A1—6e-+8OH-=2A1O2~+4氏0
正極反應(yīng)6H2O+6b=3H2T+6OH
②電子不能通過電解質(zhì)溶液,溶液中的離子不能通過鹽橋和導(dǎo)線(即電子不下水,離子不上岸)。
③自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng),也可以是電極與溶解的。2等發(fā)生反應(yīng),
如將鐵與石墨相連插入食鹽水中。
二.原電池原理的應(yīng)用
1、設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源
例:①根據(jù)Cu+2Ag+^=Cu2++2Ag設(shè)計(jì)電池:
C(Ag等)
或
AgNCS溶液AgNOs溶液CuSO」溶液
2、加快化學(xué)反應(yīng)速率
一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率加快。如:在Zn和稀硫酸反應(yīng)時(shí),滴加少量
CuSCU溶液,則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極,從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率。
3、比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱
原電池中,一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極,而活動(dòng)性弱的金屬(或非金屬導(dǎo)體)作正極。電極質(zhì)量減少,作
負(fù)極,較活潑;有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極,較不活潑。
如:有兩種金屬A和B,用導(dǎo)線將A和B連接后,插入到稀硫酸中,一段時(shí)間后,若觀察到A溶解,
而B上有氣體放出,則說明A作負(fù)極,B作正極,即可以斷定金屬活動(dòng)性:A>Bo
4、用于金屬的防護(hù)
使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。例如:要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁,可
用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負(fù)極。(被保護(hù)的金屬作正極,活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極)
e-
三.常見的化學(xué)電源
1.電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)
一是看電池單位質(zhì)量或體積輸出的電能多少(比能量)或輸出功率多少(比功率);
二是電池儲(chǔ)存的時(shí)間長短。
2.一次電池——干電池
只能使用一次,放電后不能再充電復(fù)原繼續(xù)使用。隨著使用,一次電池中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)
被消耗,當(dāng)這些物質(zhì)消耗到一定程度時(shí),電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀,不流
動(dòng),也叫做干電池。
(1)堿性鋅鎰電池
堿性鋅錦電池的負(fù)極是Zn,正極是MnC)2,電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:
十
總反應(yīng):。
1Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2
5_鋅粉和KOH
的混合物
__
負(fù)極:Zn—2e+2OH^=Zn(OH)2;
-MnO2
-金屬外殼
正極:2MnC)2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH;
圖1
特點(diǎn):比能量較高,儲(chǔ)存時(shí)間較長,可適用于大電流和連續(xù)放電。
⑵銀鋅電池
銀鋅電池的負(fù)極是Zn,正極是Ag2。,電解質(zhì)是KOH,其電極反應(yīng)如下:
總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2O=Zn(0H)2+2Ag?
負(fù)極:Zn-2e+2OH=Zn(OH)2;
浸有KOH溶液
的隔板
正極:AgO+2e-+HO=2Ag+2OH-;
圖222
特點(diǎn):比能量大、電壓穩(wěn)定、儲(chǔ)存時(shí)間長。
(3)鋰電池
結(jié)構(gòu)Li—SOCb電池可用于心臟起搏器,該電池的電極材料分別為鋰和碳,電解液是LiAlCL-SOCb
負(fù)極(Li)4Li-4e-=4Li+
電極反應(yīng)正極(C)2SOCl2+4e-=SO2T+S+4Cl-
總反應(yīng)4Li+2SOCl2=4LiCl+SO2T+S
3.二次電池——充電電池或蓄電池
放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池,又稱為可充電電池或蓄電池。充電電池在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化
還原反應(yīng),在充電時(shí)又可以逆向進(jìn)行,生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物,使充電、放電可在一定時(shí)期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。
充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是:化學(xué)能放贛電電能,常見的二次電池有鉛蓄電池、鎘鍥電池、鋰離子電池等
蓄電池等。
⑴鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,由兩組柵狀極板交替排列而成,負(fù)極材料是Pb,正極材料是PbC>2,
電解質(zhì)溶液為稀H2sO4,常作汽車電瓶,電壓穩(wěn)定,使用方便安全。
放電、
鉛酸蓄電池總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4'^^2PbSO4+2H2O
①放電時(shí)的反應(yīng)(原電池)
負(fù)極:Pb+sor-2e-=PbSO;
14
+
正極:PbO2+4H+SOr+2e-=PbSO4+2H2Oo
PbOz(正極)4^②充電時(shí)的反應(yīng)(電解池)
P1b(負(fù)極)分
陰極:PbSO4+2e-=Pb+SOr:
陽極:PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO/。
(2)鋰離子電池
一種鋰離子電池,其負(fù)極材料為嵌鋰石墨(Lixg),正極材料為LiCoC?2(鉆酸鋰),電解質(zhì)溶液為LiPF6(六
氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無水)。放電時(shí),Li+從石墨中脫嵌移向正極,嵌入鉆酸鋰晶體中,充電時(shí),Li+從鉆
酸鋰晶體中脫嵌,由正極回到負(fù)極,嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí),鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極
之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。
其其放電時(shí)電極反應(yīng)式為
放電、
總反應(yīng)為LixCy+Li]_xCoC)2'充電LiCoOz+Cp
①放電時(shí)的反應(yīng)(原電池)
負(fù)極:LiC—xe~=xLi++Cy;
/.、xy
Li£,[、,'LiCoO2
-
正極:Li1rCoC)2+%Li++xe=LiCoO2。
~—
含LiPFo的碳酸酯溶液(無水)②充電時(shí)的反應(yīng)(電解池)
+
陰極:xLi+Cy+xc~=LixCy;
陽極:LiCoC^—疣-=LiirCoC)2+xLi+。
⑶其他常見二次電池
放電
總反應(yīng)Zn+2K,Fe0+8Ho0^^3Zn(OH)+2Fe(OH)+4KOH
4充電23
IJ鐵電池
W負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
放電
總反應(yīng)Cd+2NiOOH+2HQ:=^Cd(OH),+2Ni(OH),
充電
銀鎘電池
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
放電
總反應(yīng)NiO(OH)+MH^^Ni(OH),+M
充電
氫保電池
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
總反應(yīng)Fe+NiO+2HO、Fe(OH)+Ni(OH)
22充電22
鐵銀電池
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
【易錯(cuò)提醒】分析可充電電池問題“三注意”
(1)放電時(shí)是原電池反應(yīng),充電時(shí)是電解池反應(yīng)。
(2)充電電池需要注意的是充電、放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)。
(3)充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過程相反,充電時(shí)的陽極反應(yīng)恰與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反,充電
時(shí)的陰極反應(yīng)恰與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。故二次電池充電時(shí),可充電電池的正極連接外接電源的正極,
可充電電池的負(fù)極連接外接電源的負(fù)極。簡單記為“正接正、負(fù)接負(fù)”。
(4)充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷
分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時(shí),要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。
①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。
②再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極。
放電:陽離子一正極,陰離子一負(fù)極;
充電:陽離子一陰極,陰離子一陽極;
總之:陽離子一發(fā)生還原反應(yīng)的電極;陰離子一發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。
(5)書寫化學(xué)電源的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式時(shí),關(guān)鍵是抓住氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的存在形式。
4.“高效、環(huán)境友好”的燃料電池
①特點(diǎn):連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化
率超過80%,由燃料電池組合成的發(fā)電站被譽(yù)為“綠色發(fā)電站”。燃料電池
的電極本身不參與反應(yīng),燃料和氧化劑連續(xù)地由處部供給。通入負(fù)極的物
質(zhì)為燃料,通入正極的物質(zhì)一般為氧氣。
②燃料電池常用的燃料:理論上來說,所有的燃燒反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成燃
料電池,所以燃料電池的燃料包括H2、CO、水煤氣(CO和H2)、煌(如
CH4>C2H6)、醇(如CH3OH)、月井(N2H4)、醛類(如CH30cH3)、氨(NH3)等。
如無特別提示,燃料電池反應(yīng)原理類似于燃料的燃燒。
③燃料電池常用的電解質(zhì):
a.酸性電解質(zhì)溶液,如H2s。4溶液,。2-在水溶液中不存在,在酸性環(huán)境中結(jié)合H+,生成HzO;
b.堿性電解質(zhì)溶液,如NaOH溶液,。2-在水溶液中不存在,在堿性環(huán)境結(jié)合H2O,生成OH-;
c.中性電解質(zhì)溶液,如NaCl溶液,02一在水溶液中不存在,在中性環(huán)境結(jié)合H2O,生成OJT;
d.熔融氧化物:存在02-。
e.熔融碳酸鹽,如K2c。3等,一般利用電解質(zhì)的陰離子配平電荷。
(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,其中電解質(zhì)溶液可以是酸性的、中性的,也可以是堿性的。
種類酸性堿性中性
++
負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e-=4H2H2+4OH--4e-=4H2O2H2-4e-=4H
正極反應(yīng)式O2+4e-+4H+=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-O2+2H2O+4e-=4OH-
電池總反應(yīng)式2H2+O2=2H2O
備注燃料電池的電極不參與反應(yīng),有很強(qiáng)的催化活性,起導(dǎo)電作用
(2)燃料電池電極反應(yīng)式書寫的常用方法
第一步:寫出電池總反應(yīng)式。
燃料電池的總反應(yīng)與燃料燃燒的反應(yīng)一致,若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng),則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如甲
烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)如下:
CH4+2O2=CO2+2H2O①
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②
①+②可得甲烷燃料電池的總反應(yīng)式:CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O,其離子方程式為CH4+
2O2+2OH-=COF+3H2O=
第二步:寫出電池的正極反應(yīng)式。
根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是。2,因電解質(zhì)溶液不同,故其電極反應(yīng)
也會(huì)有所不同:
燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式
+
酸性電解質(zhì)O2+4H+4e-=2H2O
堿性電解質(zhì)
02+2H2。+4e==4OH-
2
固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)。2-)O2+4e-==2O-
熔融碳酸鹽(如熔融K2c。3)02+2CO2+4e-=2COr
第三步:電池的總反應(yīng)式一電池的正極反應(yīng)式=電池的負(fù)極反應(yīng)式,注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí),要
約去正極的反應(yīng)物。2。
(3)舉例:寫出下列介質(zhì)中的電極反應(yīng)式。
電池類型導(dǎo)電介質(zhì)反應(yīng)式
總反應(yīng)
CH4+2O2=CO2+2H2O
酸性介質(zhì)
甲烷(CH。燃料電池負(fù)極反應(yīng)CH-2H2O=8H++C02
(H+)
+
正極反應(yīng)2O2+8H+8e-=4H2O
總反應(yīng)2C2H6+7O2+8OH-==4COr+10H2O
乙烷(C2H6)燃料電池堿性介質(zhì)
負(fù)極反應(yīng)2c2H6—28e-+36OH=4COr+24H2O
(0H-)
正極反應(yīng)7O2+14H2O+28e-==28OH-
丙烷(C3H8)燃料電池熔融碳酸鹽總反應(yīng)C3H8+5O2=3CO2+4H2O
(cor)負(fù)極反應(yīng)C3H8-20e-+10COF=13CO2+4H2O
正極反應(yīng)5O2+10C02+20e-=10COr
總反應(yīng)2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
甲醇(CH3OH)燃料電固態(tài)氧化物
2
負(fù)極反應(yīng)2CH3OH-12e-+6O-=2CO2+4H2O
池(02-)
2
正極反應(yīng)3O2+12e-=6O-
總反應(yīng)C2H5OH+3O2+4OH-=2COr+5H2O
乙醇(C2H50H)燃料堿性介質(zhì)
負(fù)極反應(yīng)C2H5OH-12e-+l6OH==2COF+11H2O
電池(OH)
正極反應(yīng)3O2+6H2O+12e-=120H-
總反應(yīng)2co+02=282
固態(tài)氧化物
2
co燃料電池負(fù)極反應(yīng)2C0-4e-+2O-=2CO2
(。2-)
2
正極反應(yīng)O2+4e-=2O-
總反應(yīng)N2H4+O2=N2+2H2O
朋<N2H4)燃料電池堿性介質(zhì)
負(fù)極反應(yīng)
N2H4-4e-+4OH-==4H2O+N2
(生成氮?dú)夂退?(0H)
正極反應(yīng)O2+4e-+2H2O=4OH-
總反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O
氨氣燃料電池堿性介質(zhì)
負(fù)極反應(yīng)
4NH3-12e-+12OH-=12H2O+2N2
(生成無污染的氣體)(OH)
正極反應(yīng)3O2+12e-+6H2O=120H
四.新型化學(xué)電源
解答新型化學(xué)電源問題:
(1)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析元素化合價(jià)的變化,確定正、負(fù)極反應(yīng)物。
(2)注意溶液酸堿性環(huán)境,書寫正、負(fù)極反應(yīng)式。
(3)依據(jù)原電池原理或正、負(fù)極反應(yīng)式分析判斷電子、離子的移向,電解質(zhì)溶液的酸堿性變化。
(4)靈活應(yīng)用守恒法、關(guān)系式法進(jìn)行計(jì)算。
1.鋰電池與鋰離子電池
(1)鋰電池
鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時(shí)金屬鋰失去電子被
氧化為Li+,負(fù)極反應(yīng)均為Li—e-=Li+,負(fù)極生成的Li+經(jīng)過電解質(zhì)定向移動(dòng)到正極。
(2)鋰離子二次電池
①鋰離子電池基于電化學(xué)“嵌入/脫嵌”反應(yīng)原理,替代了傳統(tǒng)的“氧化一還原”原理;在兩極形成的電壓
降的驅(qū)動(dòng)下,Li+可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。
+_
②鋰離子電池充電時(shí)陰極反應(yīng)式一般為C6+xLi+xe^=LivC6;放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)是充電時(shí)陰極反應(yīng)的
逆過程:LIC6—xb=C6+xLi+。
③鋰離子電池的正極材料一般為含Li+的化合物,目前已商業(yè)化的正極材料有LiFePCU、LiCoO?、
LiMmCU等。
放電
總反應(yīng)Lii-CoO,+UC^=^LiCoO,+C(x<l)
x6充電6
鉆酸鋰電池
+
負(fù)極反應(yīng)LixC6-xe~^=xLi+C6
正極反應(yīng)-+
Li1_xCoO2+xe+xLi^=LiCoO2
放申
總反應(yīng)FePO+Li^=^LiFePO
4充電4
磷酸鐵鋰電
+
池負(fù)極反應(yīng)Li-e-=Li
正極反應(yīng)FePC)4+Li++e-=LiFePC)4
放申
總反應(yīng)LiC6+Li3-NiCoMnO6C6+Li3NiCoMnO6
xx充電
鋸酸鋰電池
負(fù)極反應(yīng)Li^Cg_xe_^=xLi++
正極反應(yīng)Li3-xNiCoMnO6+xe_+xLi+^=Li3NiCoMnO6
總反應(yīng)xLi+LiV3O8=Li1+xV3O8
鋰鈕氧化物
負(fù)極反應(yīng)xLi-xe-=xLi+
電池
正極反應(yīng)
xLi++LiV3O8+xb==Lii+萬3。8
鋰一銅總反應(yīng)2Li+Cu2O+H2O=2CU+2Li++2OH-
電池負(fù)極反應(yīng)Li-e-=Li+
正極反應(yīng)CU2O+比0+2e-==2Cu+20H-
2.微生物燃料電池
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在
負(fù)極室厭氧環(huán)境下,有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子,電子依靠合適的電子傳遞介體在生
物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞,并通過外電路傳遞到正極形成電流,而質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞到正極,
氧化劑(如氧氣)在正極得到電子被還原。
3.物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池
根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中,元素化合價(jià)的變化或離子的移動(dòng)(陽離子移向正極區(qū)域,陰離子移向負(fù)極區(qū)域)判斷電
池的正、負(fù)極,是分析該電池的關(guān)鍵。
4.濃差電池
(1)在濃差電池中,為了限定某些離子的移動(dòng),常涉及到“離子交換膜”。
①常見的離子交換膜
陽離子交換膜只允許陽離子(包括H+)通過
陰離子交換膜只允許陰離子通過
質(zhì)子交換膜只允許H+通過
②離子交換膜的作用
a.能將兩極區(qū)隔離,阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
b.能選擇性地允許離子通過,起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
③離子交換膜的選擇依據(jù):離子的定向移動(dòng)。
(2)“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差,離子均是由“高濃
度”移向“低濃度”,依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域,陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極,這是解題的關(guān)鍵。
魏提能?課后精練
1.下列實(shí)驗(yàn)操作正確且能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>
溶液
④
A.裝置①可用于制備NH3并測量其體積
B.裝置②可用于制作簡單燃料電池
C.裝置③可用于探究苯酚和碳酸的酸性強(qiáng)弱
D.裝置④鹽橋中的陽離子向右池遷移起形成閉合回路的作用
【答案】B
【詳解】A.氨氣極易溶于水,不能用裝有水的量氣管測量氨氣的體積,A錯(cuò)誤;
B.閉合Ki,形成電解池,右側(cè)石墨為陰極,H+放電產(chǎn)生氫氣,左側(cè)石墨為陽極,0H-放電生成氧氣,然后
斷開Ki、閉合K2,形成簡單燃料電池,右側(cè)石墨為負(fù)極,左側(cè)石墨為正極,故B正確;
C.鹽酸易揮發(fā),可能HC1也進(jìn)入到苯酚鈉溶液中,使之生成苯酚,沒有排除HC1的干擾,C錯(cuò)誤;
D.Zn電極應(yīng)插入硫酸鋅溶液中,Cu電極應(yīng)插入硫酸銅溶液中,構(gòu)造錯(cuò)誤,D錯(cuò)誤;
答案選B。
2.普通鋅鋪干電池的簡圖如圖所示,它是用鋅皮制成的鋅筒作電極,中央插一根碳棒,碳棒頂端加一銅帽。
在石墨碳棒周圍填滿二氧化錦和炭黑的混合物,并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜,隔膜外是用氯
化鋅、氯化鉉和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。該電池工作時(shí)的總反應(yīng)為Zn+2NH;
2+
+2MnO2=Zn[(NH3)4]+Mn2O3+H2O0下列關(guān)于鋅錦干電池的說法中正確的是
A.當(dāng)該電池電壓逐漸下降后,利用電解原理能重新充電復(fù)原
B.原電池工作時(shí),電子從負(fù)極通過外電路流向正極
C.電池負(fù)極反應(yīng)式為2MnO2+2NH;+2e-=Mn2O3+2NH3+H2。
D.外電路中每通過O.lmol電子,鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g
【答案】B
【詳解】A.一次電池不能重復(fù)使用,二次電池能重復(fù)使用,干電池是一次電池,所以當(dāng)該電池電壓逐漸下
降后,不能利用電解原理能重新充電復(fù)原,故A錯(cuò)誤;
B.原電池工作時(shí),電子從負(fù)極通過外電路流向正極,故B正確;
2+
C.根據(jù)原電池工作原理,負(fù)極應(yīng)是失電子的,Zn+2NH:-2e-=[Zn(NH3)2]+2H+,故C錯(cuò)誤;
D.根據(jù)選項(xiàng)C的電極反應(yīng)式,每通過(Mmol電子消耗鋅的質(zhì)量是65x與g=3.25g,故D錯(cuò)誤。
答案選B。
3.下列有關(guān)離子方程式錯(cuò)誤的是
A.堿性鋅錦電池的正極反應(yīng):MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OR
B.Ca(OH)2溶液中加入少量的Nfe(HCO3)2溶液:
2+2+
Ca+2OH+Mg+2HCO;=CaCO3J+2H2O+MgCO3J
+2+3
C.K31Fe(CN)6]溶液滴入FeJ溶液中:K+Fe+[Fe(CN)6]--KFe[Fe(CN)6]
+
D.TiCL加入水中:TiCl4+(x+2)H2O=TiO2-xH,0+4H+4CP
【答案】B
【詳解】A.堿性鋅銃電池中MnO2在正極得到電子生成MnO(OH),根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒配平正
極反應(yīng):MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-,A正確;
B.Mg(OH)2的溶解度小于MgCO-Ca(OH)z溶液中加入少量的Mg(HCO3%溶液,應(yīng)該先沉淀Mg(OH)2,
2+2+
離子方程式為:2Ca+4OH-+Mg+2HCO;=2CaCO3+2H2O+Mg(OH)2,B錯(cuò)誤;
C.K31Fe(CN)6]溶液滴入FeCH溶液中生成KFe[Fe(CN%]藍(lán)色沉淀,離子方程式為:
+
K+Fe"+[Fe(CN)6廣=KFe[Fe(CN)6];,C正確;
D.TiCl”加入水中,會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成TiC^xH?。,離子方程式為:
+
TiCl4+(x+2)H2O=TiO2-xH2OJ+4H+4C「,D正確;
故選B。
4.在工業(yè)中電化學(xué)處理有機(jī)廢水是一種高效綠色的氧化技術(shù),可用于海水的淡化,其原理示意圖如下。下
列說法正確的是
A.X為陽離子交換膜
B.一段時(shí)間后,b極附近pH降低
C.a極反應(yīng)式為CH3coO-8e+70H=CO2T+5H2O
D.當(dāng)電路通過0.2mol電子時(shí),正極區(qū)質(zhì)量增加6.2g
【答案】D
【詳解】A.原電池中,陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極,為了實(shí)現(xiàn)海水淡化,模擬海水中的氯離子需要
移向負(fù)極(即a電極),則X膜為陰離子交換膜,鈉離子需要移向正極(即b電極),則Y膜為陽離子交換膜,
故A錯(cuò)誤;
B.b極為正極,b電極上發(fā)生反應(yīng):O2+2H2O+4e=4OH-,b極附近pH升高,故B錯(cuò)誤;
+
C.a極電解質(zhì)呈弱酸性,電極方程式為:CH3COO-8e+2H2O=2CO2T+7H,故C錯(cuò)誤;
D.當(dāng)電路通過0.2mol電子時(shí),正極消耗0.05mol氧氣,增加質(zhì)量1.6g,同時(shí)流入0.2mol鈉離子,增加質(zhì)量
4.6g,正極區(qū)質(zhì)量共增加1.6+4.6=6.2g,故D正確;
故選:D。
5.現(xiàn)有失去標(biāo)簽的NaNC>2溶液和NaCl溶液,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行鑒別。已知①HNO?為弱酸:AgNO2為白色固
e3+2+
體,微溶于水②標(biāo)準(zhǔn)電極電勢;£(I2/r)=0.54V,(NO;/NO)=0.96V,(Fe/Fe)=0.77V,
e
£(Cl2/Cl-)=1.36V,標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(E。)越高,氧化劑的氧化性越強(qiáng)。分別取少量溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),方案不
可行的是
A.分別滴入幾滴酚獻(xiàn)
B.分別滴加稀AgNOz溶液,再滴加稀硝酸
C.分別滴加H2s酸化的KI溶液,再加入淀粉溶液
D.分別滴加少許NH,FegOj溶液,加入H2sO,酸化,再加入KSCN溶液
【答案】D
【詳解】A.NaNC>2水解使溶液顯堿性;NaCl不水解,溶液顯中性,因此,向兩種溶液中分別滴入酚酥溶
液,變紅的是NaNC>2溶液,無變化的是NaCl溶液,故A可行;
B.分別滴加稀AgNC>2溶液,再滴加稀硝酸,有白色沉淀的是NaCl溶液,無現(xiàn)象的是NaNO2溶液,故B
可行;
C.分別滴加HAO」酸化的KI溶液,再加入淀粉溶液,溶液變藍(lán)的是NaNC?2溶液,無現(xiàn)象的是NaCl溶液,
故C可行;
D.分別滴加少許NH4Fe(SC)4)2溶液,加入H2so4酸化,再加入KSCN溶液,均生成Fe3+,溶液均變紅,
故D不可行。
答案選D。
6.一種“氯介導(dǎo)電化學(xué)pH變化”系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)海水的pH去除海水中的CO?,工作原理:
+
Bi+3AgCl+H20^=1^BiOCl+3Ag+2H+2Cro該裝置由甲、乙兩系統(tǒng)串聯(lián)而成,可實(shí)現(xiàn)充放電的交替
運(yùn)行。甲系統(tǒng)放電時(shí)的原理如圖所示,下列說法錯(cuò)誤的是
A.
+
B.甲系統(tǒng)放電時(shí),a電極的電極反應(yīng)式為Bi+H2O+Cl-3e-=BiOCl+2H
C.乙系統(tǒng)放電時(shí),海水中的Na+從n電極移向m電極
D.乙系統(tǒng)充電時(shí),若電路中通過3moi電子,理論上可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下44.8LC。?
【答案】D
【分析】由圖知,甲系統(tǒng)放電時(shí),a為負(fù)極,電極反應(yīng)式為81+1120+。--3片=82。1+211+,b極為正極,
電極反應(yīng)式為AgCl+e-=Ag+Cr,乙系統(tǒng)放電時(shí),m極為正極,電極反應(yīng)式為Ag+C「-e'AgCl,n為負(fù)極,
電極反應(yīng)式為BiOCl+2H++3e=Bi+H2O+Cr,據(jù)此回答。
【詳解】A.甲系統(tǒng)充電時(shí),m極的電極反應(yīng)式為Ag+C「-e'AgCl,電路中每通過2moi電子,m電極質(zhì)
量增加71g,A正確;
B.由分析知,甲系統(tǒng)放電時(shí),a電極的電極反應(yīng)式為Bi+H2O+Cr-3e-=BiOCl+2H+,B正確;
C.乙系統(tǒng)放電時(shí),海水中的Na卡從負(fù)移向正極移動(dòng),故由從n電極移向m電極,C正確;
+
D.乙系統(tǒng)充電時(shí),若電路中通過3moi電子,由電極反應(yīng)式,Bi+H20+Cr-3e-=BiOCl+2H,
++
H+HCO;=H2O+CO2,2H+CO^=H2O+CO2,理論上可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2小于44.8L,D錯(cuò)誤;
故選D。
7.糕點(diǎn)包裝中常見的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉等,其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下
列分析正確的是
A.脫氧過程是吸熱反應(yīng)
B.脫氧過程中鐵電極反應(yīng)為:Fe-3e-=Fe3+
C.脫氧過程中碳電極上發(fā)生還原反應(yīng)
D.含有l(wèi)12g鐵粉的脫氧劑,理論上最多能吸收氧氣224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
【答案】C
【分析】Fe、C和NaCl溶液構(gòu)成原電池,發(fā)生吸氧腐蝕,F(xiàn)e易失電子作負(fù)極,C作正極,負(fù)極反應(yīng)式為
Fe-2e-=Fe2\正極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e=4OH,生成的亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵,氫氧
化亞鐵被氧化生成氫氧化鐵,根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒進(jìn)行計(jì)算即可;
【詳解】A.該裝置構(gòu)成原電池,原電池反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以去脫氧過程為放熱反應(yīng),故A錯(cuò)誤;
B.脫氧過程中鐵作原電池負(fù)極,電極反應(yīng)為:Fe-2e=Fe2+,故B錯(cuò)誤;
C.C作正極,正極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e-=4OH-,發(fā)生的是還原反應(yīng),故C正確;
D.負(fù)極反應(yīng)式為Fe-2e=Fe2+、正極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e=4OH-,l」2g鐵粉最終失去的電子為0.06mol,
吸收的氧氣的物質(zhì)的量0.015mol,為336mL,故D錯(cuò)誤。
答案選C。
8.我國在光電催化一化學(xué)耦合煙氣脫硫并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的研究中取得重大突破,其工作原理如圖所示。下
列說法正確的是
------------—?-----------
多孔電極.?質(zhì)子交換膜?,光催化電極
1
V-?33++t-------
^FeyS02H2^|
52+人SO;-If,]
Fe2(SOJ溶液H2sO4溶液
A.負(fù)極的電極反應(yīng)為SG>2+2H2O-2e-=SOj+4H+
B.右室中H2sO4溶液的濃度基本保持不變
C.每吸收ItnolSCh,理論上裝置的總質(zhì)量增加64g
D.電子由光催化電極通過導(dǎo)線流向多孔電極
【答案】B
【分析】由題干裝置圖示信息可知,多孔電極上發(fā)生Fe2+-e=Fe3+,發(fā)生氧化反應(yīng),故該電極為負(fù)極,然后
再發(fā)生2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++4H++SO;-,光催化電極上發(fā)生2H++26-=氏?,發(fā)生還原反應(yīng),則該電極為正
極,負(fù)極室產(chǎn)生的H+經(jīng)質(zhì)子交換膜移向正極室,據(jù)此分析解題。
【詳解】A.由分析可知,負(fù)極的電極反應(yīng)為Fe2+-e=Fe3+,而不是SO?+2凡0-2片=SOj+4H+,A錯(cuò)誤;
B.由分析可知,右室中即光催化電極上發(fā)生2H++2e=H2f,根據(jù)電荷守恒可知,每消耗2moiH+則有2moiH+
從左室經(jīng)質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室,故右室中H2s。4溶液的濃度基本保持不變,B正確;
C.由分析可知,根據(jù)電荷守恒可知,每吸收lmolSC>2,將產(chǎn)生2gH2,即理論上裝置的總質(zhì)量增加64-2=62
g,C錯(cuò)誤;
D.由分析可知,多孔電極為負(fù)極,光催化電極為正,故電子由負(fù)極即多孔電極通過導(dǎo)線流向正極即光催化
電極,D錯(cuò)誤;
故答案為:Bo
9.某蓄電池放電、充電時(shí)反應(yīng)為:Fe+Ni2O3+3H2O^^Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列推斷不正確的是
A.放電時(shí),負(fù)極上的電極反應(yīng)式是:Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2
B.放電時(shí),每轉(zhuǎn)移2moi電子,正極上有ImolNiQs被氧化
C.充電時(shí),陽極上的電極反應(yīng)式是:2Ni(OH)2-2e-+2OH=Ni2O3+3H2O
D.該蓄電池的電極必須是浸在某種堿性電解質(zhì)溶液中
【答案】B
【分析】該原電池放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)式為Fe+20IT-2e—=Fe(OH)2,正極反應(yīng)式為
Ni2O,+2e-+3H2O=2Ni(OH),+20H-,充電時(shí),陽極反應(yīng):2Ni(OH)2-2e-+20H-=Ni2O3+3H2O,陰極
反應(yīng)式Fe(OH)2+2e-=Fe+2OJT,據(jù)此分析解答。
【詳解】A.根據(jù)電池反應(yīng)式知,放電時(shí),F(xiàn)e作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe+2OH-—2e.=Fe(OH)2,故A正確;
B.放電時(shí),每轉(zhuǎn)移2moi電子,正極上有ImolNiQs被還原,故B錯(cuò)誤;
C.充電時(shí),陽極上NizOs失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以陽極的電極反應(yīng)式是:
2Ni(OH)2-2d+20T=Ni2O3+3H2O,故C正確;
D.Fe(OHk、Ni(OHh能溶于酸性溶液,要生成Fe(OH)2、Ni(OH)2,電解質(zhì)溶液必須是堿性溶液,故D
正確;
故選B;
10.我國科學(xué)家研究出一種新型水系Zn-C2H2電池,其結(jié)構(gòu)如下圖,該電池既能實(shí)現(xiàn)乙煥加氫又能提供電
能,下列說法正確
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