2025版高考化學(xué)全程一輪復(fù)習(xí)第36講新型化學(xué)電源課件

第36講新型化學(xué)電源1.知道?？夹滦突瘜W(xué)電源的類型及考查方式。2．會分析新型化學(xué)電源的工作原理，能正確書寫新型化學(xué)電源的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式?？键c(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)四考點(diǎn)一考點(diǎn)一鋰電池和鋰離子電池1.鋰電池鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負(fù)極反應(yīng)均為Li－e－===Li＋，負(fù)極生成的Li＋經(jīng)過電解質(zhì)定向移動到正極。

【教考銜接】典例1[2022·全國乙卷，12]Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。近年來，科學(xué)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(chǎn)生電子(e－)和空穴(h＋)，驅(qū)動陰極反應(yīng)(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(yīng)(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進(jìn)行充電。下列敘述錯誤的是(

)A．充電時，電池的總反應(yīng)為Li2O2===2Li＋O2B．充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負(fù)極遷移D．放電時，正極發(fā)生反應(yīng)O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2答案：C解析：根據(jù)題給電池裝置圖并結(jié)合陰、陽極電極反應(yīng)可知，充電時，電池的總反應(yīng)為Li2O2===2Li＋O2，A項正確；由題干中光照時陰、陽極反應(yīng)可知，充電效率與光照產(chǎn)生的電子和空穴量有關(guān)，B項正確；放電時題給裝置為原電池，陽離子（Li＋）向正極遷移，C項錯誤；根據(jù)題給裝置圖可知，放電時正極上O2得電子并與Li＋結(jié)合生成Li2O2，即O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D項正確。典例2[2021·浙江6月，22]某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導(dǎo)電作用。下列說法不正確的是(

)A．充電時，集流體A與外接電源的負(fù)極相連B．放電時，外電路通過amol電子時，LiPON薄膜電解質(zhì)損失

amolLi＋C．放電時，電極B為正極，反應(yīng)可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2D．電池總反應(yīng)可表示為LixSi＋Li1－xCoO2

Si＋LiCoO2答案：B【對點(diǎn)演練】1．[2024·山東青州校際聯(lián)考]鋰－液態(tài)多硫電池具有能量密度高、儲能成本低等優(yōu)點(diǎn)，以熔融金屬鋰、熔融硫和多硫化鋰[Li2Sx(2≤x≤8)]分別作兩個電極的反應(yīng)物，固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Li＋)為電解質(zhì)，其反應(yīng)原理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.該電池比鈉－液態(tài)多硫電池的比能量高B．放電時，內(nèi)電路中Li＋的移動方向?yàn)閺碾姌Oa到電極bC．Al2O3的作用是導(dǎo)電、隔離電極反應(yīng)物D．充電時，外電路中通過0.2mol電子，陽極區(qū)單質(zhì)硫的質(zhì)量增加3.2g答案：D解析：由圖分析知電極a為負(fù)極，電極b為正極，放電時，內(nèi)電路中Li＋從電極a移向電極b，B正確；Al2O3為固體電解質(zhì)，能導(dǎo)電，同時將兩極反應(yīng)物隔開，C正確；當(dāng)外電路中通過0.2mole－時，陽極區(qū)生成0.1xmol硫，故陽極區(qū)生成硫的質(zhì)量為3.2xg，D錯誤。2．[2024·湖北荊州模擬]鋰電池在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，Li-CO2電池供電的反應(yīng)機(jī)理如圖所示，下列說法正確的是(

)A.X方向?yàn)殡娏鞣较駼．交換膜M為陰離子交換膜C．正極的電極反應(yīng)式：4Li＋

＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋CD．可采用LiNO3水溶液作為電解質(zhì)溶液答案：C解析：Li為原電池的負(fù)極，電子從Li電極經(jīng)導(dǎo)線流向CO2電極，所以X方向?yàn)殡娮臃较颍珹錯誤；離子交換膜需要Li＋通過，所以M為陽離子交換膜，B錯誤；正極為CO2生成C單質(zhì)，電極反應(yīng)式：4Li＋＋4e－＋3CO2===2Li2CO3＋C，C正確；Li為活潑金屬，能與水反應(yīng)，所以該電池不能用水性電解質(zhì)，D錯誤。

3．[2024·浙江樂清聯(lián)考]某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復(fù)合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進(jìn)行循環(huán)充放電，成功地實(shí)現(xiàn)了對磁性的可逆調(diào)控(如圖所示)。下列說法正確的是(

)A．該電池可以用LiCl溶液做電解質(zhì)溶液B．放電時，F(xiàn)e2O3做負(fù)極C．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2Li－2e－＋O2－===Li2OD．選擇合適條件反應(yīng)，該電池能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)100%答案：C解析：Li為活潑金屬單質(zhì)，電池放電時Li為負(fù)極，據(jù)圖可知被氧化為Li2O，F(xiàn)e2O3為正極，被還原為Fe單質(zhì)，從而被磁鐵吸引。單質(zhì)鋰可以與水反應(yīng)（類似金屬鈉），電解質(zhì)溶液不能是水溶液，A錯誤；放電時Fe2O3做正極，B錯誤；放電時Li為負(fù)極被氧化為Li2O，電極反應(yīng)為：2Li－2e－＋O2－===Li2O，C正確；電池能量轉(zhuǎn)化效率不可能達(dá)到100%，D錯誤?？键c(diǎn)二考點(diǎn)二微生物燃料電池微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是在負(fù)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負(fù)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)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?！窘炭笺暯印康淅齕2020·山東卷，10]微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟(jì)的能源裝置，利用微生物處理有機(jī)廢水獲得電能，同時可實(shí)現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時間后，正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1答案：B解析：結(jié)合圖示可知放電時的電極反應(yīng)如下：根據(jù)上述分析可知，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時，向a極和b極分別移動1molCl－和1molNa＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5g，C項正確；電池工作時負(fù)極產(chǎn)生CO2，正極產(chǎn)生H2，結(jié)合正、負(fù)極的電極反應(yīng)知，一段時間后，正極和負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1，D項正確。電極名稱電極反應(yīng)負(fù)極（a極）CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋正極（b極）2H＋＋2e－===H2↑

答案：C

2．[2024·山西朔州摸底]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(guān)說法正確的是(

)A．X電極是負(fù)極B．Y電極上的反應(yīng)式：Cm(H2O)n－4me－===mCO2↑＋(n－2m)H2O＋4mH＋C．H＋由左向右移動D．有1molCO2生成時，消耗1molMnO2答案：B解析：根據(jù)裝置圖，X電極上MnO2轉(zhuǎn)化成Mn2＋，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，X作正極，A錯誤；Y電極為負(fù)極，Cm（H2O）n中C的平均化合價由0價升高為＋4價，電極反應(yīng)式為Cm（H2O）n－4me－===mCO2↑＋（n－2m）H2O＋4mH＋，B正確；根據(jù)原電池工作原理，陽離子由負(fù)極向正極移動，即H＋由右向左移動，C錯誤；正極反應(yīng)式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，建立關(guān)系式為2mMnO2～4me－～mCO2，有1molCO2生成時，消耗2molMnO2，D錯誤。考點(diǎn)三考點(diǎn)三物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化型電池根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)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(fù)極區(qū)域)判斷電池的正、負(fù)極，是分析該電池的關(guān)鍵?！窘炭笺暯印康淅齕2022·遼寧卷，12]某儲能電池原理如圖。下列說法正確的是(

)A．放電時負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋B．放電時Cl－透過多孔活性炭電極向CCl4中遷移C．放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上CCl4吸收0.5molCl2D．充電過程中，NaCl溶液濃度增大答案：A解析：放電時負(fù)極反應(yīng)：Na3Ti2（PO4）3－2e－===NaTi2（PO4）3＋2Na＋，正極反應(yīng)：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯氣，放電時，陰離子移向負(fù)極，充電時陽極：2Cl－－2e－===Cl2，A正確；放電時，陰離子移向負(fù)極，放電時Cl－透過多孔活性炭電極向NaCl中遷移，B錯誤；放電時每轉(zhuǎn)移1mol電子，正極：Cl2＋2e－===2Cl－，理論上CCl4釋放0.5molCl2，C錯誤；充電過程中，陽極：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯離子，NaCl溶液濃度減小，D錯誤。

答案：D

答案：C

考點(diǎn)四考點(diǎn)四濃差電池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(2)離子交換膜的作用①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。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(jù)：離子的定向移動。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(zhì)子交換膜只允許H＋通過2．“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?！窘炭笺暯印康淅齕2022·浙江1月，21]pH計是一種采用原電池原理測量溶液pH的儀器。如圖所示，以玻璃電極(在特制玻璃薄膜球內(nèi)放置已知濃度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl電極)和另一Ag—AgCl電極插入待測溶液中組成電池，pH與電池的電動勢E存在關(guān)系：pH＝(E－常數(shù))/0.059。下列說法正確的是(

)A．如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢低，則該電極反應(yīng)式為：AgCl(s)＋e－===Ag(s)＋Cl－(0.1mol·L－1)B．玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異不會引起電動勢的變化C．分別測定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pHD．pH計工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能答案：C解析：如果玻璃薄膜球內(nèi)電極的電勢低，則該電極為負(fù)極、負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而不是還原反應(yīng)，A錯誤；已知：pH與電池的電動勢E存在關(guān)系：pH＝（E－常數(shù)）/0.059，則玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度的差異會引起電動勢的變化，B錯誤；pH與電池的電動勢E存在關(guān)系：pH＝（E－常數(shù)）/0.059，則分別測定含已知pH的標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的電池的電動勢，可得出未知溶液的pH，C正確；pH計工作時，利用原電池原理，則化