魯科版2023-2024年高中化學大一輪復習第6章 第37講?？夹滦突瘜W電源

第37講?？夹滦突瘜W電源

［復習目標］1.知道常考新型化學電源的類型及考查方式。2.會分析新型化學電源的工作原

理，能正確書寫新型化學電源的電極反應式。

類型一鋰電池與鋰離子電池

■歸納整合S≡??1

?.鋰電池

鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。工作時金屬鋰失

去電子被氧化為Li+,負極反應均為Li—e=Li+,負極生成的Li卡經過電解質定向移動到正

極。

2.鋰離子二次電池

(1)鋰離子電池基于電化學“嵌入/脫嵌”反應原理，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動下，Li+可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。

,-

(2)鋰離子電池充電時陰極反應式一般為C6÷Λ-Li+xe=Li,vC6:放電時負極反應是充電時陰

+

極反應的逆過程：LivC6-xe=C6+ΛLio

⑶鋰離子電池的正極材料一般為含Li卡的化合物，目前已商業(yè)化的正極材料有LiFePe)4、

LiCoO2>LiMn2O4等。

■專項突破關鍵能力

1.鋰-液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化

鋰［Li2S.(2WxW8)］分別作兩個電極的反應物，固體AbCh陶瓷(可傳導Li,)為電解質，其反應

原理如圖所示。下列說法錯誤的是()

電器或電源卜

電極a電極b

固體熔融

熔融電解質

S和

Li

(Al2O3)

Li2Sx

Lit二Lr二二Li*

A.該電池比鈉■液態(tài)多硫電池的比能量高

B.放電時，內電路中Li*的移動方向為從a到b

C.Al2O3的作用是導電、隔離電極反應物

D.充電時，外電路中通過0.2mol電子，陽極區(qū)單質硫的質量增加3.2g

2.隨著各地“限牌”政策的推出，電動汽年成為汽車界的“新寵”。某品牌全電動汽車使用

的是鉆酸鋰（LiCOO2）電池，其工作原理如圖，A極材料是金屬鋰和碳的復合材料（碳作為金屬

鋰的載體），電解質為一種能傳導Li+的高分子材料，隔膜只允許特定的離子通過，電池反應

為LiXC6+Li∣-KoO2TaC6+LiCoO2c下列說法不正確的是（）

電解質隔膜

A.隔膜只允許Li*通過，放電時Li卡從左邊流向右邊

B.放電時，正極鋰的化合價未發(fā)生改變

C.充電時B作陽極，電極反應式為LieOO2-xe-=LiIrCOo2+xLi'

D.廢舊鉆酸鋰（LiCoO2）電池進行“放電處理”讓Li.進入石墨中而有利于回收

類型二微生物燃料電池

■歸納整合B號砒Ql

微生物燃料電池是一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作

原理是在負極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合

適的電子傳遞介體在生物組分和負極之間進行有效傳遞,并通過外電路傳遞到正極形成電流,

而質子通過質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。

■專項突破關鍵能力

1.（2023.南京朔州一中模擬）利用某新型微生物電池可消除水中碳水化合物的污染，其工作原

理如圖所示，下列有關說法正確的是（）

CO2

Cm(H2O)n

質子（H+）交換膜

A.X電極是負極

-

B.Y電極上的反應式：Cm(HoO),,-4/?;e=mCO2t÷(n2∕n)H2O÷4/nH

C.H'由左向右移動

D.有1molCC)2生成時，消耗1molMnO2

2.(2022?牡丹江一中高三模擬)如圖是利用微生物將廢水中的乙二胺［H2N(CH2)2NH2］氧化為環(huán)

境友好物質而制作的化學電源，可給二次電池充電。下列說法正確的是()

+

A.M極電極反應式；H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e^=2CO2+N2+16H

B.充電時二次電池的正極應與M極相連

C.H'通過質子交換膜由N極向M極移動

D.若N極消耗了標準狀況下2.24L02,則有04mol電子從N極流向M極

類型三物質循環(huán)轉化型電池

■歸納整合s≡??1

根據物質轉化中，元素化合價的變化或離子的移動(陽離子移向正極區(qū)域，陰離子移向負極區(qū)

域)判斷電池的正、負極，是分析該電池的關鍵。

■專項突破關鍵能力

1.液流電池是電化學儲能領域的一個研究熱點，其優(yōu)點是儲能容量大、使用壽命長。下圖為

一種中性Zn/Fe液流電池的結構及工作原理圖。下列有關說法錯誤的是()

解夜

也

電解液

三

三

---三二J?∑Ξ

Z-n--三∣ΓZnBrj-Illllf]-≡Fe(CN)r

-+K二

--2+一Ξ

-B-.Fe(CN)J-

-:z.ZInlE2-1.

A.充電時電極A連電源負極

B.放電時正極電極反應為Fe(CN)l+e=Fe(CN)2

C.放電時負極區(qū)離子濃度增大，正極區(qū)離子濃度減小

D.充電時陰極電極反應：ZnBn÷2e-=Zn÷4Br

2.利用微生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV?'/Mv'在電極與酶之間

傳遞電子，示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是()

交換膜

A.相比現有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能

2++t

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應：H2+2MV=2H+2MV

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3

D.電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動

類型四濃差電池

■歸納整合

1.在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，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

質子交換膜只允許H一通過

(2)離子交換膜的作用

①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質發(fā)生化學反應。

②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

離子的定向移動。

2.“濃差電池”的分析方法

濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離

子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷

電池的正、負極，這是解題的關鍵。

■專項突破關鍵能力

1.濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的原理如圖所示，該

電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關該電池的說法錯誤的是()

A.電池工作時，Li,通過離子導體移向Y極區(qū)

B.電流由X極通過外電路流向Y極

C.正極發(fā)生的反應為2H,+2e=H2t

D.Y極每生成1mo?Cl2-X極區(qū)得到2mo?LiCl

2.利用電解質溶液的濃度對電極電勢的影響，可設計濃差電池。某熱再生濃差電池工作原理

如圖所示，通入NH3時電池開始工作，左側電極質量減少，右側電極質量增加，

中間A為陰離子交換膜,放電后可利用廢熱進行充電再生。已知：CU2++4NH3CU（NH3）Γ,

下列說法不正確的是（）

A.放電時,左側電極發(fā)生氧化反應：Cu+4NH3-2e^=Cu（NH3）F

2+

B.放電時,電池的總反應為CU+4NH3=CU(NH3)FΔ∕∕>0

C.放電時,NOl經離子交換膜由右側向左側遷移

D.上述原電池的形成說明相同條件下，CU（NH3）彳+的氧化性比C/*的弱

真題演練明確考向

1.（2020?山東，10）微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水

獲得電能，同時可實現海水淡化?，F以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用如圖裝置處

理有機廢水（以含CH3COCT的溶液為例）。下列說法錯誤的是（）

-

A.負極反應為CH3COO+2H2O-8e^=2CO2t+7H

B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜

C.當電路中轉移1mo?電子時，模擬海水理論上除鹽58.5g

D.電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2：1

2.（2021.湖南，10）鋅/溟液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲

能和智能電網的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅/溟液流電池工作原理如圖所示:

電極物貯存

下列說法錯誤的是（)

A.放電時，N極為正極

B.放電時，左側貯液器中ZnBn的濃度不斷減小

C.充電時，M極的電極反應式為Z∏2++2e--Zn

D.隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過

3.（2022?全國乙卷，12）Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近

年來科學家研究了一種光照充電Li-O2電池（如圖所示）.光照時，光催化電極產生電子（e）和

空穴（h+）,驅動陰極反應（LiFe-=Li）和陽極反應（Li2O2+2h+=2Li++θ2）對電池進行充

電。下列敘述錯誤的是（)

光

催

金

化