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1、專題課時(shí)4 新型化學(xué)電源,新型化學(xué)電源是高考中每年必考的知識(shí)點(diǎn),隨著全球能源逐漸枯竭,研發(fā)、推廣新型能源迫在眉睫,因此,化學(xué)中的新型電源,成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)方向之一,也成了高考的高頻考點(diǎn)。高考中的新型化學(xué)電源,有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“鋅錳堿性電池”、“海洋電池”、“燃料電池”、“鋰離子電池”、“銀鋅電池”、“紐扣電池”等,一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用、電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。由于該類試題題材廣、信息新、陌生度大,因此許多考生感覺難度大。雖然該類試題題材新穎,但應(yīng)用的解題原理還是原電池的知識(shí),只要細(xì)心分析,實(shí)際上得分相對(duì)比較容易。,題型說(shuō)明,微題型一 新型燃料電池
2、的分析與判斷,【示例1】 (2015江蘇化學(xué),10)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是( ),題型示例,答案 D,【方法指導(dǎo)】 理順書寫燃料電池電極反應(yīng)式的三大步驟 1.先寫出燃料電池總反應(yīng)式 雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的燃料電池中電極反應(yīng)不同,但其總反應(yīng)方程式一般都是可燃物在氧氣中的燃燒反應(yīng)方程式。由于涉及電解質(zhì)溶液,所以燃燒產(chǎn)物還可能要與電解質(zhì)溶液反應(yīng),然后再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式相加,從而得到總反應(yīng)方程式。,3.最后寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式 由于原電池是將氧化還原反應(yīng)中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在兩極(負(fù)、正兩極)上發(fā)生,故燃料電池負(fù)極的電極
3、反應(yīng)式燃料電池總反應(yīng)式燃料電池正極的電極反應(yīng)式。在利用此法寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式時(shí)一要注意消去總反應(yīng)和正極反應(yīng)中的O2,二要注意兩極反應(yīng)式和總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移相同。,1.(2015西安八校聯(lián)考)甲醇燃料電池被認(rèn)為是21世紀(jì)電動(dòng)汽車的最佳候選動(dòng)力源,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是( ),題型精練,A.通氧氣的一極為負(fù)極 B.H從正極區(qū)通過(guò)交換膜移向負(fù)極區(qū) C.通甲醇的一極的電極反應(yīng)式為CH3OHH2O6e=CO26H D.甲醇在正極發(fā)生反應(yīng),電子經(jīng)過(guò)外電路流向負(fù)極 解析 通氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng),為正極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;H從負(fù)極區(qū)通過(guò)交換膜移向正極區(qū),B項(xiàng)錯(cuò)誤;通甲醇的一極為負(fù)極,發(fā)生氧
4、化反應(yīng):CH3OHH2O6e=CO26H,C項(xiàng)正確;甲醇在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng),電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案 C,解析 A項(xiàng)沒(méi)有注明標(biāo)準(zhǔn)狀況,錯(cuò)誤;質(zhì)子應(yīng)由負(fù)極移向正極,B錯(cuò)誤;正極的電極反應(yīng)式為2O28H8e=4H2O,D錯(cuò)誤。 答案 C,3.氨氣是一種富氫燃料,可以直接用于燃料電池,下圖是供氨水式燃料電池工作原理:,(1)氨氣燃料電池的電解質(zhì)溶液最好選擇_(填“酸性”、“堿性”或“中性”)溶液。 (2)空氣在進(jìn)入電池裝置前需要通過(guò)過(guò)濾器除去的氣體是 _。,(3)氨氣燃料電池的反應(yīng)是氨氣與氧氣生成一種常見的無(wú)毒氣體和水,該電池的電極總反應(yīng)是_,正極的電極反應(yīng)式是_。 解析 氨氣為堿
5、性氣體,會(huì)與CO2反應(yīng),由此可回答(1)(2)問(wèn)。由信息和所含元素可知無(wú)毒氣體是氮?dú)?,在燃料電池中,燃料為?fù)極,氧氣為正極,根據(jù)堿性環(huán)境可知,正極反應(yīng)式為O24e 2H2O=4OH。 答案 (1)堿性 (2)CO2 (3)4NH3 3O2=2N2 6H2O 3O212e 6H2O=12OH(或O2 4e 2H2O=4OH),【題型模板】,微題型二 可充電電池,題型示例,思維提示 A項(xiàng),在原電池內(nèi)部,陽(yáng)離子應(yīng)移向正極;二次電池充電過(guò)程為電解的過(guò)程,陰極發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)正確;C項(xiàng),比能量是指這種電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能,當(dāng)二者質(zhì)量相同時(shí),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量不相等,即比能量不同;D項(xiàng),
6、左邊裝置已經(jīng)是放完電的電池,應(yīng)為鋰硫電池給鋰離子電池充電。 答案 B,【方法歸納】 可充電電池電極反應(yīng)式的書寫技巧 書寫可充電電池電極反應(yīng)式時(shí),一般都是先書寫放電的電極反應(yīng)式。書寫放電時(shí)的電極反應(yīng)式時(shí),一般要遵守三個(gè)步驟:第一,先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目,找出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì);第二,寫出一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式(書寫時(shí)一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng));第三,在電子守恒的基礎(chǔ)上,總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。 充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過(guò)程相反,充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)為放電時(shí)的正極反應(yīng)的逆過(guò)程,充電時(shí)的陰極反應(yīng)為放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)的逆過(guò)程。根據(jù)正確
7、書寫的電極反應(yīng)式,可順利判斷各電極周圍溶液pH的變化。,1.(2015昆明二模)利用碳納米管能夠吸附氫氣,設(shè)計(jì)一種新型二次電池,其裝置如圖所示。關(guān)于該電池的敘述不正確的是( ),題型精練,A.電池放電時(shí)K移向正極 B.電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為:H22e2OH=2H2O C.電池充電時(shí)鎳電極上NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2 D.電池充電時(shí)碳納米管電極與電源的負(fù)極相連,解析 本題考查二次電池的反應(yīng)原理,意在考查考生對(duì)原電池原理和電解原理的理解和綜合應(yīng)用能力。原電池放電時(shí),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),A項(xiàng)正確;該電池中H2在負(fù)極上失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),因電解質(zhì)溶液為堿性溶液,故OH參與反應(yīng),B項(xiàng)正確;放電時(shí),正極
8、(鎳電極)上發(fā)生化合價(jià)降低的還原反應(yīng),即由NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,充電時(shí)正好相反,由Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為NiOOH,C項(xiàng)錯(cuò)誤;充電時(shí),該新型二次電池在外加電流的作用下,碳納米管電極上發(fā)生還原反應(yīng),故碳納米管電極作陰極,與電源負(fù)極相連,D項(xiàng)正確。 答案 C,解析 充電時(shí)是電解池,是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,放電時(shí)是原電池,是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A項(xiàng)正確;放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)式為:Lie=Li,B項(xiàng)錯(cuò)誤;充電時(shí),陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),陰離子向陽(yáng)極移動(dòng),放電時(shí),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;沒(méi)有給出氣體所處的狀態(tài),無(wú)法計(jì)算出SO2的體積,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,A,3.(選做)(2015寧波十校聯(lián)考)
9、水系鋰電池具有安全、環(huán)保和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。以釩酸鈉(NaV3O8)為正極材料的電極反應(yīng)式為NaV3O8xLixe=NaLixV3O8,該電池示意圖如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是( ),A.放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng)式:Lie=Li B.充電過(guò)程中Li從陽(yáng)極向陰極遷移 C.充電過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為NaLixV3O8xe=NaV3O8xLi,NaLixV3O8中釩的化合價(jià)發(fā)生變化 D.該電池可以用硫酸鈉溶液作電解質(zhì)溶液 解析 放電時(shí)是原電池,電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;充電時(shí)是電解池,充電過(guò)程中陽(yáng)離子從陽(yáng)極向陰極遷移,B正確;充電過(guò)程中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),C正確;鋰能與水反應(yīng),該電池不能用硫酸鈉溶
10、液作電解質(zhì)溶液,D錯(cuò)誤。 答案 D,【思維模型】,微題型三 其他新型、高效環(huán)保電池,【示例3】 (2015課標(biāo)全國(guó),11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ),題型示例,A.正極反應(yīng)中有CO2生成 B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C.質(zhì)子通過(guò)交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) D.電池總反應(yīng)為C6H12O66O2=6CO26H2O 思維提示 由題意可知,微生物電池的原理是在微生物作用下O2與C6H12O6發(fā)生氧化還原反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,B正確;氧氣在正極反應(yīng),由于質(zhì)子交換膜只允許H通過(guò),則正極反應(yīng)為:O24e4H=2H
11、2O,沒(méi)有CO2生成,A項(xiàng)錯(cuò)誤;負(fù)極發(fā)生反應(yīng):C6H12O624e6H2O=6CO224H,H在負(fù)極區(qū)生成,移向正極區(qū),在正極被消耗,C項(xiàng)正確;總反應(yīng)為:C6H12O66O2=6CO26H2O,D項(xiàng)正確。 答案 A,1.熱電池是一種可長(zhǎng)期儲(chǔ)備電能的電池,高氯酸鉀廣泛用于熱電池。鐵和高氯酸鉀反應(yīng)提供的能量使鹽熔化導(dǎo)電,從而激活電池。鐵和高氯酸鉀的熱電池反應(yīng)為KClO4(s)4Fe(s)=KCl(s)4FeO(s) H。下列說(shuō)法正確的是( ),題型精練,A.H0且參與反應(yīng)的高氯酸鉀越多,其值越小 B.在該熱電池中,鐵為負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng) C.正極反應(yīng)式為KClO4(s)8e=KCl(s)4O2(l
12、) D.生成1 mol FeO時(shí)轉(zhuǎn)移8 mol電子,解析 該反應(yīng)為放熱反應(yīng),故H0,對(duì)于一個(gè)固定的化學(xué)反應(yīng)方程式,其H與反應(yīng)物的多少無(wú)關(guān),A項(xiàng)錯(cuò)誤;鐵元素的化合價(jià)升高,在反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng),作負(fù)極,B項(xiàng)錯(cuò)誤;KClO4中氯元素化合價(jià)降低,在正極發(fā)生還原反應(yīng),故正極反應(yīng)式為KClO4(s)8e=KCl(s)4O2(l),C項(xiàng)正確;鐵元素的化合價(jià)由0價(jià)升高到2價(jià),故生成1 mol FeO時(shí)轉(zhuǎn)移2 mol電子,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案 C,2.(2015太原模擬)鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置(如圖所示),電解液為溴化鋅水溶液,其在電解質(zhì)儲(chǔ)罐和電池間不斷循環(huán)。下列說(shuō)法不正確的是( ),A.放電時(shí)負(fù)極的
13、電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2 B.充電時(shí)電極a連接電源的負(fù)極 C.陽(yáng)離子交換膜可阻止Br2與Zn直接發(fā)生反應(yīng) D.放電時(shí)左側(cè)電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大,解析 本題考查了電化學(xué)知識(shí),意在考查考生的識(shí)圖能力和分析判斷能力。由題知電解液為溴化鋅水溶液,結(jié)合電解裝置圖分析可知充電時(shí)左側(cè)電極上發(fā)生氧化反應(yīng):2Br2e=Br2,則左側(cè)電極為陽(yáng)極,充電時(shí)電極a連接電源的正極;充電時(shí)右側(cè)電極上發(fā)生還原反應(yīng):Zn22e=Zn,則右側(cè)電極為陰極,充電時(shí)電極b連接電源的負(fù)極,B選項(xiàng)錯(cuò)誤。該電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為充電時(shí)陰極反應(yīng)的逆反應(yīng),即Zn2e=Zn2,A選項(xiàng)正確。陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),可阻止Br2與Zn直接發(fā)生反應(yīng),C選項(xiàng)正確。,該電池放電時(shí)正極反應(yīng)為充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)的逆反應(yīng),即為Br22e=2Br,放電時(shí)作原電池,原電池陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),且該裝置使用了陽(yáng)離子交換膜,其只允許陽(yáng)離子通過(guò),即左側(cè)電極上生成了Br,同時(shí)Zn2不斷移向左
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