2010高三化學(xué)高考考前20天備戰(zhàn)沖刺系列專題13可充電電池和燃料電池

1、專題13 可充電電池和燃料電池通過近幾年全國各地的高考試題研究，有關(guān)可充電電池試題是2010年高考一大亮點(diǎn)，這充分說明可充電電池在今后教學(xué)中的重要性。但這類試題往往又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，錯(cuò)誤率較高。如何解答此 類問題，現(xiàn)歸納如下：一、可充電電池1. 可充電電池電極極性和材料判斷例1、鎳鎘(Ni Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，它的充放電反應(yīng)按下式進(jìn)行：Cd(OHb充電+ 2Ni(OH) 2放=Cd+ 2NiO(OH) + 2fO。由此可知，該電池放電時(shí)的負(fù)極材料是()A Cd(OH)2B . Ni(0H)2 C . Cd D . NiO(OH)解析：要理解鎳鎘電池放電和充電的過程。放電是

2、原電池反應(yīng)，根據(jù)題給條件知放電(原電池)充電時(shí)的總反應(yīng)式為：Cd+ 2NiO(OH) + 2H2O放=Cd(OH)2 + 2Ni(OH) 2。標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目指出，即可知道參與負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)：Cd+ 2NiO(OH) + 2HzO=Cd(OH)+ 2Ni(OH) 2。從上式可知，Cd可作負(fù)極材料，參與負(fù)極反應(yīng)。故應(yīng)選Co點(diǎn)評：此類試題考查可充電電池電極極性和材料判斷，首先要準(zhǔn)確判斷充電、放電分別表示什么 反應(yīng)(原電池反應(yīng)還是電解池反應(yīng))，并寫出充電、放電的總反應(yīng)式，然后在總反應(yīng)式上標(biāo)出電子轉(zhuǎn) 移的方向和數(shù)目，即可正確判斷可充電電池電極極性和材料。2 .可充電電池電極反應(yīng)式

3、的書寫和判斷例2、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。充電高鐵電池的總反應(yīng)為 3Zn+ 2KaFeQ + 8H2O 放3Zn(OH+ 2Fe(OH)s + 4KOH下列敘述不正確的是 ()A 放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn 2e+ 2OH = Zn (OH)2B. 充電時(shí)陽極反應(yīng)為：Fe(OH)3 3e + 5OH = FeO + 4fOC. 放電時(shí)每轉(zhuǎn)移 3mol電子，正極有 1mol KzFeO被氧化D. 放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)解析|高鐵電池畝電作用是原電池的功能，其總反應(yīng)式洵：3Zn+2ILFeO,+8H；0=SZn(OH)；+2Fe (OH)

4、 .+4K0H,根據(jù)上述書寫電極反應(yīng)式的方法可知，負(fù)極反應(yīng)為！Zn-2e+ 20ff=Zn(0正極反應(yīng)為,FeO盧+4H衛(wèi) +3口1電子，正極有l(wèi)iwl K：FQ被i3EJFe (0H).,而 不是被氧化，C錯(cuò)誤根據(jù)正極反應(yīng)式FeO/_+4H；0 +3e= Fe (OH) :+50HJ*啟:電時(shí) 生成也二故正極附近溶液的堿性增強(qiáng).故本題應(yīng)選U點(diǎn)評.本題主要考查電極反應(yīng)式的書寫、電解質(zhì)溶液的酸堿性變化、及氧化還原反應(yīng)等知識，側(cè)重考查考生對 原電池和電解池原理的理解及分析問題的能力。3 可充電電池電極發(fā)生氧化、還原反應(yīng)及元素被氧化、被還原判斷例3、某可充電的鋰離子電池以LiMnzQ為正極，嵌入鋰的

5、碳材料為負(fù)極，含Li十導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為：Li+LiMn 2O4=Li 2MnQ。下列說法正確的是()A .放電時(shí)，LiMn2C4發(fā)生氧化反應(yīng)B. 放電時(shí)，正極反應(yīng)為：Li+LiMn2C4+e-=Li 2MnQC. 充電時(shí)，LiMn2O發(fā)生氧化反應(yīng)D. 充電時(shí)，陽極反應(yīng)為：Li+e=Li解析：放電時(shí)作為電源來用，根據(jù)放電時(shí)的電池反應(yīng)知，負(fù)極反應(yīng)式為：Li e=Li+,正極反應(yīng)式為：Li +LiMn2C4+e=Li 2MnC4, B正確，但LiMnzQ發(fā)生還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤。充電時(shí)，陰極反應(yīng)式為：Li +e-=Li , D錯(cuò)誤，陽極反應(yīng)式為：Li 2MnC4 e-= Li +Li

6、Mn?。，故應(yīng)是Li 2MnC4發(fā)生氧化反應(yīng)，而不是LiMn2Q, C錯(cuò)誤。本題應(yīng)選B。點(diǎn)評：本題主要考查電化學(xué)知識和氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識，雖然新型電池增加了試題的陌生度， 但考查原電池及電解池的原理不變，這是解答本類試題的關(guān)鍵。4 .可充電電池離子的移動方向判斷及總反應(yīng)式的書寫例4、鋰離子電池已成為新一代實(shí)用化的蓄電池, 電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為：該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子負(fù)極反應(yīng)：GLi xe- = GLii-x + xLi (GLi表示鋰原子嵌入石墨形成的復(fù)合材料)正極反應(yīng)：Li -xMO+ xLi + xe- = LiMQ （ LiMQ表示含鋰的過渡金屬氧化物）下列有

7、關(guān)說法正確的是（）A. 鋰離子電池充電時(shí)電池反應(yīng)為C6Li + LiixMO= LiMQ + C6Li 1-xB. 電池反應(yīng)中鋰、鋅、銀、鉛各失 imol電子，金屬鋰所消耗的質(zhì)量最小C. 鋰離子電池放電時(shí)電池內(nèi)部 Li +向負(fù)極移動D. 鋰離子電池充電時(shí)陰極反應(yīng)為C6Li 1-x+ xLi + + xe= C6Li解析：將放電的兩電極反應(yīng)式在電子守恒的基礎(chǔ)上相加即得放電時(shí)的總反應(yīng)式：C6Li + Li 1-xMdLiMQ+ C6Lii- x，充電時(shí)的總反應(yīng)式應(yīng)為放電總反應(yīng)式的逆反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；在鋰、鋅、銀、鉛金屬中，鋰的摩爾質(zhì)量最小，所以各失去imol電子，消耗金屬鋰的質(zhì)量最小，B正確。電池工

8、作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動， C錯(cuò)誤。充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，故 D正確。本題應(yīng)選BD點(diǎn)評：本題以鋰離子電池為背景材料，全面考查了蓄電池的反應(yīng)原理、電極反應(yīng)、離子流向等知識，要求考生能將所學(xué)知識靈活遷移運(yùn)用。5 .可充電電池考點(diǎn)的綜合應(yīng)用例5、鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負(fù)極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為： 充電Pb+ PbQ+ 4H+ + 2SO2-、放電二2PbSQ+ 2fO請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還原）：放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是;電解 液中H2SC4的濃度將變 ;當(dāng)外電路通過imol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加g。在完全放電耗盡 P

9、bQ和Pb時(shí)，若按右 圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成 、B電極上生成 ，此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將 。解析：根據(jù)總反應(yīng)式中化合價(jià)的升降，可判斷出兩極，從而寫出它的兩電極反應(yīng)：負(fù)極：Pb+SQ2- 2e-=PbSQ,正極：PbQ+ 4H+ + SQ2-+ 2e-= PbSQ+ 2fQ 根據(jù)總反應(yīng)式 HSQ的濃度會不斷減小， 所以應(yīng)定期補(bǔ)充 H2SQ。根據(jù)負(fù)極反應(yīng)：Pb+ SQ2- 2e-=PbSQ,可知，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，負(fù)極板增加 imol的質(zhì)量，因?yàn)樨?fù)極板由Pb變?yōu)镻bSQ,故外電路通過imol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加 48g。當(dāng)外加電源后，鉛蓄電池變成了電解池，A極為

10、陰極，電極反應(yīng)式為:PbSO+2e=Pb+ SQ2，B 極為陽極，電極反應(yīng)式為：PbSQ+ 2H2O- 2e= PbQ+ 4H+ + SQ2。這樣，A電極上生成Pb, B電極上生成PbQ,此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將對換。答案： PbQ+ 2e-+ 4H+ SQ2- = PbSQ+ 2HzQ小 48Pb PbQ 2 對換點(diǎn)評：本題關(guān)于電化學(xué)，正確書寫電極反應(yīng)式是解決本類問題的關(guān)鍵。在書寫過程中要注意，電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存，不共存要參與電極反應(yīng)，如本題中的與Pb2% SQ2-不共存，要發(fā)生反應(yīng)生成PbSQ。二、燃料電池1電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液例1、科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力

11、的重要途徑， 美國已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。 一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一 個(gè)電極通入空氣。試回答下列問題：這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是 ;負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是 。電解液中的 H離子向 極移動；向外電路釋放電子的電極是 。比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量 轉(zhuǎn)化率高，其次是。解析：因燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，又且其電解質(zhì)溶液為稀硫酸，所以 該電池反應(yīng)方程式是 2CH0H+3O2CG+4H Q按上述燃料電池正極反應(yīng)

12、式的書寫方法1知，在稀硫酸中，其正極反應(yīng)式為：302 + 12H+12e=6H2Q然后在電子守恒的基礎(chǔ)上利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng) 式為：2CHOH+2bQ 12e=2CQf +12H+。由原電池原理知負(fù)極失電子后經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到正極，所以正極上富集 電子，根據(jù)電性關(guān)系知陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。故H離子向正極移動，向外電路釋放電子的電極是負(fù)極。答案： 2CHQH+332CQ+4H2O正極 3Q+ 12H+12e=6HQ 負(fù)極 2CHOH+2HQ- 12e-=2CQf +12H+正；負(fù)對空氣的污染較小2、電解質(zhì)為堿性電解質(zhì)溶液例2、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)

13、于甲烷燃料電池的說法不正確的是2A、負(fù)極反應(yīng)式為 CH+10OH 8e-=CO +7HOB 正極反應(yīng)式為 Q+ 2HO+4e-=4OHC隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大解析：因甲烷燃料電池的電解質(zhì)為KOH溶液，生成的 CQ還要與KOH反應(yīng)生成KaCO,故該電池發(fā)生的反應(yīng)方程式是 CH+2OH+2O=CO +3HaOo從總反應(yīng)式可以看出， 要消耗OH,故電解質(zhì)溶液的堿性減小，C錯(cuò)。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法2知，在KOH溶液中，其正極反應(yīng)式為：Q+ 2HO +4e-=4OH。通入甲烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式為

14、CH+1OOH 8e=CO2-+7HQ選項(xiàng)A B均正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化 為功的效率要大的多，D項(xiàng)正確。答案：Co3、電解質(zhì)為熔融碳酸鹽例3、某燃料電池以熔融的 K2CO （其中不含 &和HCO ）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑， 以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問題：寫出該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式。寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式。為了使該燃料電池長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來？解析：由于電解質(zhì)為熔融的 &CO,且不含

15、了和HCO ,生成的CO不會與CO2-反應(yīng)生成HCO的，故該燃 料電池的總反應(yīng)式為：2C4Ho+13Q=8CO+1OH2Q按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法3知，在熔融碳酸鹽環(huán)境中，其正極反應(yīng)式為O + 2CO +4e-=2CO2-。通入丁烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式求得，應(yīng)為2GHW+26CO2- 52e-=34CO+10H2 0。從上述電極反應(yīng)式可看出，要使該電池的電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，在通入的空氣中應(yīng)加入CQ,它從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來。答案： 2C4Ho+13Q=8CO+10HO正極：0a+ 2C0 +4e =2C0-，負(fù)極：2GHw+26CO- 52e-=34CO+10H2。CO從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來4、電解質(zhì)為固體氧化物例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y2Q）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)&。下列對該燃料電池說法正確的是（）A.在熔融電解質(zhì)中，&由負(fù)極移向正極B. 電池的總反應(yīng)是： 2GHw+ 13O2 ? 8CO2+ IOH2O2C. 通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O + 4e = 2O-