2022高考化學一輪復習教案：第6章第4講新型化學電源及分析Word版含解析

1、PAGE PAGE 13第4課時核心價值新型化學電源及分析(學科育人價值)高考試題中新型化學電源的種類繁多，如“儲氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”“新型ZnCO2水介質電池”等，這些新型化學電源常以選擇題形式呈現(xiàn)，側重考查原電池的工作原理(放電)和電解原理(充電)，涉及電極的判斷、電極反應式、電解質溶液中離子的移動等，體現(xiàn)中國高考評價體系中對“學習掌握”“實踐探索”等學科素養(yǎng)的要求，依據(jù)物質及其變化的信息建構原電池模型和電解池模型，建立解決復雜化學問題的思維框架，滲透化學學科育人價值。新型化學電源試題取材新穎，大多與最新科研成果相聯(lián)系，體現(xiàn)化學、技術、社會和環(huán)境之間的

2、相互關系，贊賞化學對社會發(fā)展的重大貢獻，彰顯化學學科的社會價值。1分析新型化學電源中正、負極材料新型化學電池 eq blc(avs4alco1(負極材料blc(avs4alco1(元素化合價升高的物質,發(fā)生氧化反應的物質),正極材料blc(avs4alco1(元素化合價降低的物質,發(fā)生還原反應的物質) 2根據(jù)化學電源裝置書寫電極和電池反應式(1)先分析題目給定的圖示位置，確定原電池正、負極上的反應物質。(2)電極反應式的書寫負極：一般為活潑金屬失去電子生成陽離子，也可以是H2、CH4等；若電解質溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存，則該陰離子應寫入負極反應。如鉛蓄電池，負極反應為PbSO eq

3、oal(sup1(2),sdo1(4) 2e=PbSO4。正極：陽離子得到電子或O2得到電子，若反應物是O2，則有以下規(guī)律：電解質溶液呈堿性或中性：O22H2O4e=4OH；電解質溶液呈酸性：O24H4e=2H2O。(3)正、負電極反應相加得電池總反應3結合電池總反應式，書寫電極反應式(1)逐步分析法(類似于氧化還原反應方程式的書寫)(2)易寫電極反應式突破法根據(jù)總反應方程式和電解質特點，寫出較易寫的電極反應式，然后用總反應方程式減去該電池反應式可得另一極的電極反應式。 eq x(復雜電極反應式) eq x(總反應方程式) eq x(aal(較簡單一極,的電極反應式) (2020全國卷)一種高

4、性能的堿性硼化釩(VB2)空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應：VB216OH11e=VO eq oal(sup1(3),sdo1(4) 2B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) 4H2O。該電池工作時，下列說法錯誤的是()A負載通過0.04 mol電子時，有0.224 L(標準狀況)O2參與反應B正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH升高C電池總反應為4VB211O220OH6H2O=8B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) 4VO eq oal(sup1(3),sdo1(4) D電流由復合碳電極經(jīng)負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極B根據(jù)題中所給

5、的VB2電極上的反應式可知，該原電池中VB2電極為負極，復合碳電極為正極。正極電極反應式為O24e2H2O=4OH。根據(jù)電子守恒可知，當負載通過0.04 mol電子時，正極參加反應的氧氣為0.01 mol，在標準狀況下的體積為0.224 L，A項正確；根據(jù)正、負極的電極反應式可知，負極消耗OH，pH降低，而正極區(qū)生成OH，pH升高，B項錯誤；依據(jù)負極反應式VB216OH11e=VO eq oal(sup1(3),sdo1(4) 2B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) 4H2O和正極反應式O24e2H2O=4OH，在遵循電子守恒的基礎上，將正、負極電極反應式加和可得該堿性硼化釩

6、空氣電池的總反應為4VB211O220OH6H2O=8B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) 4VO eq oal(sup1(3),sdo1(4) ，C項正確；電流方向與電子的流向相反，電流方向為正極(復合碳電極)負載負極(VB2電極)KOH溶液正極，D項正確。(2019全國卷)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3DZn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3DZnNiOOH二次電池，結構如下圖所示。電池反應為Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l) ZnO(s)2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是()A三維多孔海綿狀Zn具有較高的

7、表面積，所沉積的ZnO分散度高B充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)C放電時負極反應為Zn(s)2OH(aq)2e=ZnO(s)H2O(l)D放電過程中OH通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)DA對：三維多孔海綿狀Zn為多孔結構，具有較高的表面積，所沉積的ZnO分散度高；B對：二次電池充電時作為電解池使用，陽極發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，原子失去電子，陽極反應為Ni(OH)2(s)OH(aq)e=NiOOH(s)H2O(l)；C對：二次電池放電時作為原電池使用，負極發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，原子失去電子，由電池總反應可知負極反應為Zn(s)2OH(aq)

8、2e=ZnO(s)H2O(l)；D錯：二次電池放電時作為原電池使用，陰離子從正極區(qū)向負極區(qū)移動。訓練1 (2019全國卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2/MV在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是()A相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能B陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應H22MV2=2H2MVC正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3D電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動BA對：現(xiàn)有工業(yè)合成氨的條件是高溫、高壓、催化劑，題給方法在酶的作用下合成氨，條件溫和，并能提供電能。B錯：該生物燃料電池中，左端電極反應式為MVe

9、=MV2，則左端電極是負極，應為負極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應H22MV2=2H2MV。C對：右端電極反應式為MV2e=MV，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應。D對：原電池中，內電路中H通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動。訓練2 (2021天津塘沽一中檢測)我國科學家研制了一種新型的高比能量鋅碘溴液流電池，其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲存電解質溶液，提高電池的容量。下列敘述不正確的是()A放電時，a電極反應為I2Br2e=2IBrB放電時，溶液中離子的數(shù)目增大C充電時，b電極每增重0.65 g，溶液中有0.02 mol I被氧化D充電時，a電極接外電源負極D根據(jù)電池工作

10、原理示意圖可以看出，a為電池的正極，電極反應為I2Br2e=2IBr，A項正確；根據(jù)正極放電反應可知，陰離子數(shù)增加，根據(jù)負極放電反應Zn2e=Zn2可知，陽離子數(shù)增加，B項正確；充電時，b極電極反應為Zn22e=Zn，b電極每增重0.65 g，轉移0.02 mol e，故有0.02 mol I被氧化，C項正確；充電時a電極發(fā)生氧化反應，應接電源正極，D項錯誤。訓練3 (2021山東省實驗中學檢測)一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的原理及電池中發(fā)生的主要反應如圖所示。下列敘述中正確的是()A鍍鉑導電玻璃的作用是傳遞IB電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔?，X為電池的正極C電池的電解質溶液中I和

11、I eq oal(sup1(),sdo1(3) 的濃度均不斷減小D電解質溶液中發(fā)生反應2Ru33I=2Ru2I eq oal(sup1(),sdo1(3) DI在電解質中移動，鍍鉑導電玻璃的作用是傳遞電子，A項錯誤；電子由電極X流出，則X為電池的負極，B項錯誤；圖中I eq oal(sup1(),sdo1(3) 在正極上得電子被還原為3I，后又被氧化為I eq oal(sup1(),sdo1(3) ，I eq oal(sup1(),sdo1(3) 和I相互轉化，I和I eq oal(sup1(),sdo1(3) 的濃度均不變，C項錯誤；電解質溶液中發(fā)生轉化：Ru3Ru2、II eq oal(s

12、up1(),sdo1(3) ，則發(fā)生反應為2Ru33I=2Ru2I eq oal(sup1(),sdo1(3) ，D項正確。訓練4 (2021福建福州六校聯(lián)考)2019年諾貝爾化學獎授予了三名科學家，以獎勵他們在鋰電池發(fā)展上做出的杰出貢獻，LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、環(huán)保等優(yōu)點，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A充電時，電極a與電源的正極連接，電極b與電源負極連接B電池驅動汽車前進時，正極的電極反應為Li1xFePO4xLixe=LiFePO4C電池驅動汽車后退時，負極材料每減重1.4 g，轉移0.4 mol電子D整個過程的能量轉化只涉及化學能轉化為電能B根據(jù)電池工作原理圖示

13、中Li的移動方向推知，電極a是負極，電極b是正極。充電時，電極a與電源的負極相連，電極b與電源的正極相連，A項錯誤；電池驅動汽車前進時，正極發(fā)生氧化反應，電極反應式為Li1xFePO4xLixe=LiFePO4，B項正確；負極材料減重1.4 g，其物質的量為0.2 mol，則轉移電子為0.2 mol，C項錯誤；整個過程中，電池放電過程中，化學能轉化為電能和熱能，電池充電過程中，電能轉化為化學能和熱能，D項錯誤。訓練5 (2021山東師大附中質檢)復旦大學的王永剛教授研究團隊在柔性電池研究方面取得了新突破，發(fā)展了一種基于有機物電極材料的柔性水系鋅電池。充放電過程中實現(xiàn)了芘四酮(PTO)與PTOZ

14、n的相互轉化，原理如圖所示。下列說法不正確的是()A放電時，Zn電極發(fā)生氧化反應B放電時，Y電極反應式可表示為PTOZn22e=PTOZnC充電時，Zn2向Y極移動D充電時，X電極與電源的負極相連CZn是活潑金屬，放電時，Zn作原電池的負極，發(fā)生氧化反應生成Zn2，A項正確；放電時，Y電極是正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為PTOZn22e=PTOZn，B項正確；充電時，該裝置為電解池，X電極與外加電源的負極相連，Y電極與電源的正極相連，則Zn2向X電極移動，C項錯誤，D項正確。訓練(三十)新型化學電源及分析1(2021重慶南川中學檢測)化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法不正

15、確的是()A甲：正極的電極反應式為Ag2O2eH2O=2Ag2OHB乙：鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應，鋅筒會變薄C丙：使用一段時間后，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降D?。篫n2向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H濃度增加D紐扣式銀鋅電池中，電解質溶液是KOH溶液，Ag2O是正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為Ag2O2eH2O=2Ag2OH，A項正確；鋅錳干電池中，鋅筒作負極，鋅發(fā)生氧化反應生成Zn2進入電解質溶液，鋅筒會變薄，B項正確；酸性氫氧燃料電池的總反應式為2H2O2=2H2O，反應生成H2O，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降，C項正確；原電池中陽離子向正極移動，則Zn2向Cu電極移

16、動；Cu電極的電極反應式為2H2e=H2，反應消耗H，則Cu電極附近溶液中H濃度減小，D項錯誤。2(2021黑龍江哈爾濱檢測)微型銀鋅電池可用作電子儀器的電源，其電極分別是Ag/Ag2O和Zn，電解質為KOH溶液，電池總反應為Ag2OZnH2O=2AgZn(OH)2，下列說法正確的是()A電池工作過程中，KOH溶液濃度降低B電池工作過程中，電解液中OH向正極遷移C負極發(fā)生反應：Zn2OH2e=Zn(OH)2D正極發(fā)生反應：Ag2O2H2e=2AgH2OC由電池總反應可知，反應中消耗H2O，KOH溶液濃度升高，A項錯誤；原電池中陰離子向負極移動，故電池工作過程中，電解液中OH向負極遷移，B項錯誤

17、；Zn是負極，發(fā)生氧化反應生成Zn(OH)2，電極反應式為Zn2OH2e=Zn(OH)2，C項正確；電解質為KOH溶液，正極上Ag2O發(fā)生還原反應，電極反應式為Ag2O2H2O2e=2Ag2OH，D項錯誤。3(2021山東章丘四中檢測)一種鎂氧電池如圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。下列說法錯誤的是()A電池總反應式為2MgO22H2O=2Mg(OH)2B正極反應式為Mg2e=Mg2C活性炭可以加快O2在正極上的反應速率D電子的移動方向由a經(jīng)外電路到bB由圖可知，Mg是負極，發(fā)生氧化反應生成Mg2，空氣中O2在活性炭(正極)發(fā)生還原反應生成OH，電池總反應式為2

18、MgO22H2O=2Mg(OH)2，A項正確；空氣中O2在正極發(fā)生還原反應，則正極反應式為O22H2O4e=4OH，負極反應式為Mg2e=Mg2，B項錯誤；O2在正極上發(fā)生反應，活性炭的比表面積大，可加快O2在正極的反應速率，C項正確；原電池中電子由負極流向正極，則電子的移動方向由a經(jīng)外電路到b，D項正確。4(2021天津河東區(qū)一模)室溫下，利用下圖，可回收酸性廢水中低濃度的銅，下列說法錯誤的是()A電極2為正極，只發(fā)生反應：Cu22e=CuBY為陰離子交換膜，2室流出的溶液是Na2SO4溶液C每8 mol NaOH參加反應，有8 mol電子轉移D此裝置在回收銅的同時還有電流產(chǎn)生A由圖可知，C

19、u2、H在電極2被還原，則電極2為正極，電極反應式有2H2e=H2，Cu22e=Cu，A項錯誤；電極1上BH eq oal(sup1(),sdo1(4) 轉化為B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) ，電極反應式為BH eq oal(sup1(),sdo1(4) 8OH8e= B(OH) eq oal(sup1(),sdo1(4) 4H2O，1室中Na透過X膜向2室遷移，3室中SO eq oal(sup1(2),sdo1(4) 透過Y膜向2室遷移，故Y為陰離子交換膜，X為陽離子交換膜，2室中流出Na2SO4溶液，B項正確；由負極反應式可知，消耗8 mol NaOH時，轉移8 m

20、ol電子，C項正確；該裝置形成原電池，在回收銅的同時，有電流產(chǎn)生，D項正確。5(2021湖南常德一模)2019年化學諾貝爾獎授予拓展鋰離子電池應用的三位科學家。如圖是某鋰空氣充電電池的工作原理示意圖，下列敘述正確的是()A電解質溶液可選用可溶性鋰鹽的水溶液B電池放電時間越長，Li2O2含量越少C電池工作時，正極可發(fā)生LiO2e= LiO2D充電時，b端應接電源的負極D鋰是非?；顫娊饘?，可與水反應生成LiOH和H2，故電解質溶液不能選用可溶性鋰鹽的水溶液，A項錯誤；電池放電過程生成Li2O2，放電時間越長，Li2O2含量越多，B項錯誤；電池工作時，正極發(fā)生還原反應，電極反應是LiO2e= LiO

21、2，C項錯誤；充電時，負極接外加電源的負極，故b端接電源的負極，D項正確。6(2020江蘇南京、鹽城一模)2019年11月Science雜志報道了王浩天教授團隊發(fā)明的制取H2O2的綠色方法，原理如圖所示(已知：H2O2HHO eq oal(sup1(),sdo1(2) ，Ka2.41012)。下列說法錯誤的是()Aa極的電勢低于b極BY膜為選擇性陰離子交換膜C每轉移0.4 mol e，就有0.1 mol H2O2生成Db極的電極反應為O22eH2O=HO eq oal(sup1(),sdo1(2) OHC電極a通入H2，電極b通入O2，二者反應生成H2O2，則a極是負極，b極是正極，故a極的電

22、勢低于b極，A項正確；該裝置用于制取H2O2，電極b必然生成HO eq oal(sup1(),sdo1(2) ，電極反應式為O2H2O2e=HO eq oal(sup1(),sdo1(2) OH，HO eq oal(sup1(),sdo1(2) 透過Y膜，H透過X膜，并結合生成H2O2，故X膜為陽離子交換膜，Y膜為陰離子交換膜，B、D項均正確；由b極反應可知，轉移2 mol電子時，生成1 mol HO eq oal(sup1(),sdo1(2) ，最終生成1 mol H2O2，故轉移0.4 mol e，有0.2 mol H2O2生成，C項錯誤。7(2021廣西柳州一中檢測)一種可充電鋰空氣電池

23、如圖所示。當電池放電時，O2與Li在多孔碳材料電極處生成Li2O2x(x0或1)。下列說法正確的是()A放電時，多孔碳材料電極為負極B放電時，外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C充電時，電解質溶液中Li向多孔碳材料區(qū)遷移D充電時，電池總反應為Li2O2x=2Li eq blc(rc)(avs4alco1(1f(x,2) O2D由題意知，放電時負極反應為Lie=Li，正極反應為(2x)O24Li4e=2Li2O2x(x0或1)，電池總反應為 eq blc(rc)(avs4alco1(1f(x,2) O22Li=Li2O2x。充電時電池總反應為Li2O2x=2Li eq blc(rc)(avs4

24、alco1(1f(x,2) O2，D項正確；該電池放電時，金屬鋰為負極，多孔碳材料為正極，A項錯誤；該電池放電時，外電路電子由鋰電極流向多孔碳材料電極，B項錯誤；該電池放電時，電解質溶液中Li向多孔碳材料區(qū)遷移，充電時電解質溶液中的Li向鋰電極遷移，C項錯誤。8(2021山東師大附中檢測)我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的NaCO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應為3CO24Na2Na2CO3C。下列說法錯誤的是()A放電時，ClO eq oal(sup1(),sdo1(4) 向負極移動B充電時釋放CO2，放電時吸收CO2

25、C放電時，正極反應為3CO24e=2CO eq oal(sup1(2),sdo1(3) CD充電時，正極反應為Nae=NaD根據(jù)電池的總反應知，放電時負極反應為4Na4e=4Na，正極反應為3CO24e=2CO eq oal(sup1(2),sdo1(3) C。根據(jù)充、放電時電極反應的“互逆性”推知，充電時，陰極反應為4Na4e=4Na，陽極反應為2CO eq oal(sup1(2),sdo1(3) C4e=3CO2，C項正確，D項錯誤；放電時，ClO eq oal(sup1(),sdo1(4) 向負極移動，A項正確；根據(jù)充電和放電時的電極反應式知，充電時釋放CO2，放電時吸收CO2，B項正確

26、。9(2021廣東廣州六校聯(lián)考)用一種吸附氫氣的碳納米管材料制備的二次電池如圖所示，該電池的電解質為6 mol/L KOH溶液，下列說法中正確的是()A充電時，OH從鎳電極移向碳電極B放電時，電池負極的電極反應為H22e=2HC放電時，電池正極的電極反應為NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OHD該電池充電時，將碳電極與電源的正極相連C由放電時電子流動方向可知，鎳電極是正極，碳電極是負極，則充電時，陰離子向陽極移動，OH從碳電極移向鎳電極，A項錯誤；放電時，電池的負極反應為H22OH2e=2H2O，B項錯誤；放電時，NiO(OH)在正極得電子被還原，則正極反應式為NiO(OH)H2Oe=Ni

27、(OH)2OH，C項正確；碳電極是負極，該電池充電時，將碳電極與電源的負極相連，D項錯誤。10(2021河南信陽一中檢測)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列說法錯誤的是()A電池工作時，正極可發(fā)生反應：2Li2S62Li2e=3Li2S4B電池工作時，外電路中流過0.02 mol電子，負極材料減重0.14 gC石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性D電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越多D根據(jù)放電時，Li的移動方向判斷，電極a是正極，電極b是負極；由圖可知，正極依次發(fā)生還原反應：Li

28、2S8Li2S6Li2S4Li2S2，故正極可發(fā)生反應：2Li2S62Li2e=3Li2S4，A項正確；負極反應式為Lie=Li，外電路中流過0.02 mol電子，負極消耗0.02 mol Li，則負極材料減重為0.02 mol7 g/mol0.14 g，B項正確；S8分子不易導電，電極a常用摻有石墨烯的S8材料，據(jù)此推測石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性，C項正確；電池充電時為電解池，電池總反應為8Li2Sx=16LixS8(2x8)，故電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越少，D項錯誤。11(2021山西大同學情調研)鋅空氣電池(如圖)具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點，可作為新能源汽車的電源，總反應式為2ZnO22H2O=2Zn(OH)2。有關該電池的說法正確的是()A電池可以用稀硫酸作電解質溶液B電池工作時，電子由a電極沿導線流向b電極C空氣擴散電極上的電極反應：O22H2O4e=4OHD電池工作時，電路中通過2 mol電子，標準狀況下消耗氧氣22.4 LC氫氧化鋅能溶于稀硫酸，因此該電池不可以用稀硫酸做電解質溶液，A項錯誤；鋅是負極，電池工作時，電子由b電極沿導線流向a電極，B