高中 化學(xué) 選擇性必修1 第四章 化學(xué)反應(yīng)電能《專(zhuān)題突破（九）新型化學(xué)電源》課件

專(zhuān)題突破（九）新型化學(xué)電源

第四章第一節(jié)原電池一、

正、負(fù)極的判斷1二、

電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)2內(nèi)容索引三、

判斷電子移向和離子移向3四、

解析電池工作時(shí)的物質(zhì)變化4一、

正、負(fù)極的判斷1.根據(jù)裝置圖判斷(1)電子流向或電流流向；(2)電解質(zhì)溶液中離子流向；(3)加入或生成物質(zhì)的化合價(jià)變化。2.根據(jù)總方程式判斷：根據(jù)化合價(jià)變化，化合價(jià)升高的為負(fù)極，化合價(jià)降低的為正極。針對(duì)練1.新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的裝置如圖所示，相關(guān)敘述正確的是A.b極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池應(yīng)選用陰離子交換膜C.電子移動(dòng)方向：電極a→離子交換膜→電極bD.a極的電極反應(yīng)式為

＋8OH－－8e－===＋6H2O√根據(jù)題圖可知，在b極上，H2O2轉(zhuǎn)化為OH－，O元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，故b極為正極，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，又由題給信息和示意圖可知，原料為NaBH4和H2O2，Na＋在a極通入，而在b極生成NaOH，故Na＋從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移，電池應(yīng)選用陽(yáng)離子交換膜，B錯(cuò)誤；電子只能在導(dǎo)體、導(dǎo)線和電極中移動(dòng)，不能在電解質(zhì)溶液和離子交換膜中移動(dòng)，則電子移動(dòng)方向：電極a→負(fù)載→電極b，C錯(cuò)誤；根據(jù)元素化合價(jià)變化可知，負(fù)極上

失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故a極的電極反應(yīng)式為

＋8OH－－8e－===＋6H2O，D正確?！提槍?duì)練2.研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)大電流放電，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A.離子交換膜X為質(zhì)子交換膜，質(zhì)子從石墨電極移向Pt電極B.C2H5OH在Pt電極發(fā)生還原反應(yīng)C.正極區(qū)反應(yīng)為

＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3D.若Pt電極生成2.24LCO2，電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.6NA根據(jù)原電池原理，Pt電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋，石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為

＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，據(jù)此分析來(lái)解題。根據(jù)分析，負(fù)極區(qū)生成的H＋將遷移到正極區(qū)參與反應(yīng)，所以離子交換膜X為質(zhì)子交換膜，質(zhì)子從Pt電極移向石墨電極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；Pt電極為負(fù)極，C2H5OH發(fā)生氧化反應(yīng)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)分析石墨電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為4NO＋12e－＋16H＋===4NO↑＋8H2O，4NO＋3O2＋H2O===4HNO3，故C項(xiàng)正確；沒(méi)有告知在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，無(wú)法通過(guò)氣體體積來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選C。返回二、

電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)1.放電時(shí)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)首先確定物質(zhì)得失電子情形，然后結(jié)合電解質(zhì)溶液來(lái)確定反應(yīng)的生成物，最后結(jié)合守恒定律書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。2.充電時(shí)的電極反應(yīng)式，利用放電時(shí)電極反應(yīng)的逆方向書(shū)寫(xiě)?！提槍?duì)練3.CO2電化學(xué)傳感器是將環(huán)境中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，工作原理如圖所示，其中YSZ是固體電解質(zhì)，當(dāng)傳感器在一定溫度下工作時(shí)，在熔融Li2CO3和YSZ之間的界面X會(huì)生成固體Li2O。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.

遷移方向?yàn)榻缑鎄→電極bB.電極a上消耗的O2和電極b上產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶1C.電極b為負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為

－4e－===O2↑＋2CO2↑D.電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i2CO3===Li2O＋CO2↑根據(jù)題圖可知：電極a上O2得到電子變?yōu)镺2－，所以電極a為正極，在電極b上熔融Li2CO3失去電子變?yōu)镃O2、O2，所以金屬電極b為負(fù)極。

會(huì)向正電荷較多的負(fù)極區(qū)移動(dòng)，故

遷移方向?yàn)榻缑鎄→電極b，A正確；在電極a上發(fā)生反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－，在電極b上發(fā)生反應(yīng)：

－4e－===O2↑＋2CO2↑，在同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，可知電極a上消耗的O2和電極b上產(chǎn)生的CO2的物質(zhì)的量之比為1∶2，B錯(cuò)誤；電極b為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極的電極反應(yīng)為

－4e－===O2↑＋2CO2↑，C正確；負(fù)極上熔融的Li2CO3失去電子被氧化產(chǎn)生O2、CO2氣體，反應(yīng)式為L(zhǎng)i2CO3(熔融)===2Li＋＋

，

－4e－===O2↑＋2CO2↑，正極上發(fā)生反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－，根據(jù)在同一閉合回路中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，將正、負(fù)極電極式疊加，可得總反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i2CO3===Li2O＋CO2↑，D正確?！提槍?duì)練4.利用垃圾假單胞菌株分解有機(jī)物的電化學(xué)原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.電流方向：B電極→用電器→A電極B.B電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2OC.A電極反應(yīng)式為

－4e－―→

＋4H＋D.若有機(jī)物為葡萄糖C6H12O6，處理0.25mol時(shí)，會(huì)有6molH＋透過(guò)質(zhì)子交換膜遷移由題圖分析可知：A電極為負(fù)極，B電極為正極，故電流由B電極→用電器→A電極，A項(xiàng)正確；由題圖知，B極反應(yīng)物為氧氣，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B項(xiàng)正確；由A選項(xiàng)分析知，A是負(fù)極，結(jié)合題圖，電極反應(yīng)式為

－2e－===

＋2H＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由反應(yīng)C6H12O6＋6O2―→6CO2↑＋6H2O可知1mol葡萄糖反應(yīng)，轉(zhuǎn)移24mol電子，電極反應(yīng)也要轉(zhuǎn)移24mol電子，處理0.25molC6H12O6時(shí)，電解質(zhì)溶液中轉(zhuǎn)移6molH＋，D項(xiàng)正確；答案選C。返回三、

判斷電子移向和離子移向分析時(shí)需要把握電池的充放電過(guò)程，利用相應(yīng)的原理加以判斷。以放電過(guò)程為例，電子移動(dòng)方向?yàn)椋贺?fù)極→外電路→正極；離子移動(dòng)方向?yàn)椋宏?yáng)離子→正極，陰離子→負(fù)極。對(duì)于涉及離子交換膜的裝置，陽(yáng)離子將透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，陰離子將透過(guò)陰離子交換膜?！提槍?duì)練5.據(jù)科學(xué)網(wǎng)報(bào)道，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出的新型電解質(zhì)能使LiFePO4-Li電池在90℃穩(wěn)定工作，模擬裝置如圖所示。已知該電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i＋FePO4===LiFePO4，當(dāng)該電池放電時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.a極發(fā)生還原反應(yīng)B.Li＋向b極附近遷移C.b極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－===Li＋D.a極的質(zhì)量?jī)粼?4g時(shí)轉(zhuǎn)移2mol電子該電池放電時(shí)，鋰失去電子，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，則a極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；該電池放電時(shí)，鋰離子向正極遷移，即向a極遷移，B錯(cuò)誤；負(fù)極上鋰失去電子生成鋰離子，b極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－===Li＋，C正確；a極的電極反應(yīng)式為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，凈增質(zhì)量為鋰離子質(zhì)量，1molLi＋為7g，a極凈增14g時(shí)轉(zhuǎn)移2mol電子，D正確?！提槍?duì)練6.世界首款石墨烯鋰離子電池產(chǎn)品已發(fā)布，可在－30℃～80℃環(huán)境下工作，電池循環(huán)壽命高達(dá)3500次左右，充電效率是普通充電產(chǎn)品的24倍。它是利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性制作的一種新型二次電池。其工作原理如圖所示，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6＋Li1－xCoO2

C6＋LiCoO2。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法不正確的是A.充電時(shí)，Li＋移向石墨烯B.充電時(shí)，轉(zhuǎn)移0.5mol電子理論上陰極材料質(zhì)量增加3.5gC.放電時(shí)，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋D.對(duì)廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理”，讓Li＋從石墨烯中脫出有利于回收根據(jù)LixC6＋Li1－xCoO2

C6＋LiCoO2得到放電時(shí)石墨烯為負(fù)極，則充電時(shí)，石墨烯為陰極，Li＋移向陰極(石墨烯)，故A正確；充電時(shí)，Li＋移向陰極(石墨烯)，電極反應(yīng)式為C6＋xe－＋xLi＋===LixC6，轉(zhuǎn)移0.5mol電子理論上陰極材料質(zhì)量增加0.5mol×7g·mol－1＝3.5g，故B正確；放電時(shí)，正極(LiCoO2極)發(fā)生的電極反應(yīng)為L(zhǎng)i1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，故C錯(cuò)誤；對(duì)廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理”，讓Li＋從石墨烯中脫出有利于回收，故D正確；綜上所述，答案為C。返回四、

解析電池工作時(shí)的物質(zhì)變化要深入分析電極質(zhì)量變化和溶液的pH變化。電池在充放電過(guò)程中，電極上會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可能存在物質(zhì)聚集或缺失，分析時(shí)需要結(jié)合相應(yīng)的守恒定理來(lái)加以計(jì)算。對(duì)于電解質(zhì)溶液的pH變化，則需要關(guān)注電極反應(yīng)時(shí)溶液中OH－和H＋的濃度變化?！提槍?duì)練7.K-O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.隔膜允許K＋通過(guò)，不允許O2通過(guò)B.放電時(shí)，電流由b電極沿導(dǎo)線流向a電極；充電時(shí)，b電極為陽(yáng)極C.產(chǎn)生1Ah電量時(shí)，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時(shí)，鉛酸蓄電池消耗0.9g水由題圖可知，b極上O2轉(zhuǎn)化為KO2，則b極為電池正極，a極為電池負(fù)極，K＋通過(guò)隔膜由a極向b極遷移，為避免O2氧化K電極，O2不能通過(guò)隔膜，A說(shuō)法正確；放電時(shí)，電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極，即由b極經(jīng)導(dǎo)線流向a極，充電時(shí)，b極接外接電源的正極，b電極為陽(yáng)極，B說(shuō)法正確；產(chǎn)生1Ah電量時(shí)，生成KO2與消耗O2的物質(zhì)的量之比為1∶1，故二者質(zhì)量比為71∶32≈2.22，C說(shuō)法正確；消耗3.9g鉀時(shí)，轉(zhuǎn)移0.1mole－，鉛酸蓄電池消耗0.1molH2O，其質(zhì)量為