高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第六章微專題六新型電池解題策略課件

微專題六新型電池解題策略[專題精講]高考中的新型電池，有“氫鎳電池”、“高鐵電池”、“堿性鋅錳電池”、我國首創(chuàng)的“海洋電池”、“燃料電池”(如新型細(xì)菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、CO燃料電池)、“鋰離子電池”、“銀鋅電池”、“紐扣電池”等。這些電池一般具有高能環(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)。取材于這些知識點(diǎn)的試題，題材廣、信息新，具體有以下幾種考查角度。

1.燃料電池。其特點(diǎn)一是有兩個相同的多孔電極，同時(shí)兩個電極不參與電極反應(yīng)；二是不需要將還原劑和氧化劑全部儲存在電池內(nèi)；三是能量的轉(zhuǎn)化率高，燃料電池具有高能環(huán)保、電壓穩(wěn)定、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)。因此，這類電池正成為科學(xué)研究、高考命題的重點(diǎn)。其主要命題角度有燃料電池正負(fù)極的判斷，電池反應(yīng)式的書寫，電子、離子的移動及電解質(zhì)溶液的組成變化情況分析等。

2.新型可充電電池，如“儲氫電池”“鋰-空氣電池”“高鐵電池”“鋰硫電池”等。總的來說，可充電電池是既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)的可多次利用的一類特殊電池。主要考查四點(diǎn)：一考“式子”，即考查原電池電極反應(yīng)的書寫；二考“運(yùn)動”，即考查原電池工作過程中，離子、電子的移動方向；三考“量值”，即考查原電池工作過程中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目、電極上消耗或生成物質(zhì)的物質(zhì)的量；四考“應(yīng)用”，即考查原電池原理在生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用。【解題方法】1.新型電池放電時(shí)正極、負(fù)極的判斷2.新型電池正極、負(fù)極上電極反應(yīng)式的書寫

首先分析物質(zhì)得失電子的情況，然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。對于較為復(fù)雜的電極反應(yīng)，可以利用“總反應(yīng)式－較簡單一極電極反應(yīng)式＝較復(fù)雜一極電極反應(yīng)式”的方法解決。3.新型電池充電時(shí)陰極、陽極的判斷

首先應(yīng)搞明白原電池放電時(shí)的正、負(fù)極，再根據(jù)電池充電時(shí)，陽極接正極，陰極接負(fù)極的原理進(jìn)行分析。充電的實(shí)質(zhì)就是把放電時(shí)發(fā)生的變化再復(fù)原的過程，即充電時(shí)的電極反應(yīng)是放電時(shí)電極反應(yīng)的逆過程。

4.新型電池充、放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷

解題時(shí)，首先應(yīng)分清電池是放電還是充電，放電時(shí)為原電池，充電時(shí)為電解池，再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極。原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極；電解池中，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極，符合帶電微粒在電場中的運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)而確定離子的移動方向。

[典例精析]

角度1

燃料電池 【典例1】微生物燃料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。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A.電子從b流出，經(jīng)外電路流向a

C.如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會變化D.若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5molH＋通過質(zhì)子交換膜

解析：b電極通入氧氣，是正極，a電極是負(fù)極，電子從a流出，經(jīng)外電路流向b，A錯誤；a電極是負(fù)極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能，因此能量的利用率會變化，C錯誤；若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，根據(jù)電荷守恒可知有0.4mol答案：BH＋通過質(zhì)子交換膜與0.1mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水，D錯誤。

[變式訓(xùn)練1](2023年沈陽模擬)微生物脫鹽池是在微生物燃料電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新興生物電化學(xué)系統(tǒng)，原理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.b為正極B.X膜為陰離子交換膜C.該裝置能實(shí)現(xiàn)從海水中得到淡水，同時(shí)去除有機(jī)物并提供電能D.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋7OH－－8e－===2CO2↑＋5H2O

解析：由題意可知，該裝置為原電池，b極通入O2，則b為正極，A正確；原電池內(nèi)電路中：陽離子移向正極、陰離子移向負(fù)極，從而達(dá)到脫鹽目的，所以Y膜為陽離子交換膜，X膜為陰答案：D離子交換膜，B、C正確；a極為負(fù)極，電極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，D錯誤。[思維建模]燃料電池的思維流程

根據(jù)題目所給信息，確定“兩物”——反應(yīng)物、生成物，“兩產(chǎn)物”——氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物，結(jié)合原電池原理作出判斷。

角度2二次電池 【典例2】(2023年湖南師大附中測試)電動汽車在我國正迅猛發(fā)展，磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池是電動汽車常用的一種電池，其工作原理如圖所示。電池中間的聚合物離子交換膜把正極與負(fù)極隔開，鋰離子可以通過而電子不能通過。該電池的總反應(yīng)式是LiFePO4＋C6Li1－xFePO4＋LixC6。下列說法不正確的是(

)A.放電時(shí)電子從A極通過導(dǎo)線流向B極B.充電時(shí)Li＋從A極區(qū)移向B極區(qū)C.充電時(shí)B極電極反應(yīng)式為C6＋xLi＋＋xe－===LixC6D.放電時(shí)A極電極反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4解析：根據(jù)電池的總反應(yīng)式LiFePO4

＋C6Li1－xFePO4＋答案：ALixC6，放電時(shí)LixC6在負(fù)極B上發(fā)生氧化反應(yīng)生成C6，Li1－xFePO4在正極A上發(fā)生還原反應(yīng)生成LiFePO4。放電時(shí)電子從負(fù)極(B極)通過導(dǎo)線流向A極，A錯誤；充電時(shí)，陽離子從陽極移向陰極，即Li＋從A極區(qū)移向B極區(qū)，B正確；充電時(shí)B極為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，C正確；放電時(shí)A極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，D正確。[思維建模]可充電電池的思維流程(1)可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。

(2)放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)互為逆反應(yīng)，放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽極反應(yīng)互為逆反應(yīng)。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。(3)充、放電時(shí)電解質(zhì)溶液中離子移動方向的判斷分析電池工作過程中電解質(zhì)溶液的變化時(shí)，要結(jié)合電池總反應(yīng)進(jìn)行分析。①首先應(yīng)分清電池是放電還是充電。②再判斷出正、負(fù)極或陰、陽極。(4)“加減法”書寫新型二次電池放電的電極反應(yīng)式

若已知電池放電時(shí)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，由總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。

[變式訓(xùn)練2]如圖是一種正投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。放電前，被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3

，放電后分別變?yōu)镹a2S4

和NaBr。下列敘述正確的是()A.放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋B.充電時(shí)，陽極反應(yīng)為2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋C.放電時(shí)，Na＋經(jīng)過離子交換膜由b池移向a池D.用該電池電解飽和食鹽水，產(chǎn)生2.24LH2時(shí)，b池生成17.40gNa2S4解析：放電時(shí)，負(fù)極上Na2S2

被氧化生成Na2S4，電極反應(yīng)式答案：C為2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A錯誤；充電時(shí)，陽極上NaBr失電子被氧化生成NaBr3，電極反應(yīng)式為3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B錯誤；放電時(shí)，陽離子向正極移動，故Na＋經(jīng)過離子交換膜，由b池移向a池，C正確；題目未指明2.24LH2是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無法計(jì)算b池中生成Na2S4的質(zhì)量，D錯誤。

角度3物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池(液流電池)

【典例3】液流電池是電化學(xué)儲能領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)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(jié)構(gòu)及工作原理圖。下列有關(guān)說法錯誤的是()解析：由圖可知，放電時(shí)，電極A為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn答案：C[解題指導(dǎo)]解答協(xié)同(物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型)電池題的思維模板(1)第一步：判斷裝置類型。根據(jù)有無外加電源，判斷是電解池還是原電池。

(2)第二步：找準(zhǔn)媒介物質(zhì)。分析裝置找出具有電子傳遞功能的媒介物質(zhì)——“電對”。根據(jù)“電對”中元素化合價(jià)變化，判斷裝置的正負(fù)極或陰陽極。

(3)第三步：寫出電極反應(yīng)。根據(jù)電極類型和題目綜合信息書寫電極反應(yīng)式，最后逐項(xiàng)分析，得出正確答案。根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中元素化合價(jià)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(fù)極區(qū)域)判斷電池的正、負(fù)極，是分析該電池的關(guān)鍵。

[變式訓(xùn)練3](2022年廣東卷)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設(shè)備Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是()A.充電時(shí)電極b是陰極B.放電時(shí)NaCl溶液的pH減小C.放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大D.每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g(如圖)。充電時(shí)電極a的反應(yīng)為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===

解析：由充電時(shí)電極a的反應(yīng)可知，充電時(shí)電極a發(fā)生還原答案：C反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，A錯誤；放電時(shí)電極反應(yīng)和充電時(shí)相反，則由放電時(shí)電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋可知，NaCl溶液的pH不變，B錯誤；放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正極反應(yīng)為Cl2＋2e－===2Cl－，反應(yīng)后Na＋和Cl－濃度都增大，則放電時(shí)NaCl溶液的濃度增大，C正確；充電時(shí)陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g·mol-1×2mol＝46g，D錯誤。

角度4濃差電池 【典例4】(熱點(diǎn)情境題)利用電解質(zhì)溶液的濃度對電極電勢的影響，可設(shè)計(jì)濃差電池。某熱再生濃差電池工作原理如圖所示，通入NH3時(shí)電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，右側(cè)電極質(zhì)量增加，中間A為陰離子交換膜，放電后可利用廢熱進(jìn)行充電再下列說法不正確的是()解析：通入NH3

時(shí)電池開始工作，左側(cè)電極質(zhì)量減少，則左答案：B[解題指導(dǎo)]“濃差電池”的分析方法

濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。兩側(cè)半電池中的特定物質(zhì)有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據(jù)陰離子移向負(fù)極區(qū)域，陽離子移向正極區(qū)域判斷電池的正、負(fù)極，這是解題的關(guān)鍵。

[變式訓(xùn)練4](2023年山東師大附中模擬)濃差電池是利用物質(zhì)的濃度差產(chǎn)生電勢的一種裝置。將兩個完全相同的電極浸入兩個溶質(zhì)相同但濃度不同的電解質(zhì)溶液中構(gòu)成的濃差電池，稱為雙液濃差電池。模擬工業(yè)上電滲析法實(shí)現(xiàn)海水(用氯化鈉溶液代替)淡化的裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()D.C(2)極反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B.C(2)極發(fā)生還原反應(yīng)C.膜1為陽離子交換膜

解析：為使交換膜兩側(cè)硫酸銅溶液的濃度相等，即陰離子交答案：C換膜左側(cè)溶液c(CuSO4)增大，右側(cè)c(C