2020版高考化学一轮复习 全国卷热考微专题（11）新型化学电源学案

2020版高考化学一轮复习 全国卷热考微专题（11）新型化学电源学案

全国卷热考微专题(11)新型化学电源 以新型化学电源为载体，考查原电池原理以及电极反应式的书写，是全国卷的必考热点之一，命题设计主要是选择题，偶有非选择题出现。该类试题常与工业生产，污水处理，能源开发相联系，题材广，信息新，陌生度大，主要考查考生阅读相关材料、提炼关键信息或结合图示等综合分析的能力、知识的迁移应用能力。‎ ‎1．电极反应式书写的一般步骤：‎ ‎(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。‎ ‎(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。‎ ‎①若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。‎ ‎②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－。‎ ‎③若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。‎ ‎(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。‎ ‎2．已知总方程式，书写电极反应式 ‎(1)书写步骤。‎ ‎①步骤一：写出电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne－)。‎ ‎②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。‎ ‎③步骤三：写电极反应式。‎ 负极反应：还原剂－ne－===氧化产物 正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物 ‎(2)书写技巧。‎ 若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：‎ 总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O 正极：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋注意：简单电极反应中转移的电子数，必须与总方程式中转移的电子数相同。‎ ‎3．氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结 7‎ 负极 正极 ‎4．明确燃料电池电极反应式的书写方法 ‎(1)燃料电池中，通入O2的一极为正极，书写方法是：‎ ‎①首先书写正极反应式：‎ 酸性介质：4H＋＋O2＋4e－===2H2O；‎ 碱性介质：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。‎ ‎②然后用总反应式减去正极反应式得到负极电极反应式，相减时要求两极得失电子总数相等(即将总反应式中的O2按比例消去)‎ ‎(2)实例(以甲醇、O2的燃料电池为例)。‎ ‎①酸性介质，如H2SO4。‎ CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。电极反应式为 负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋；‎ 正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。‎ ‎②碱性介质，如KOH溶液。‎ CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO，1 mol CH3OH失去6 mol e－，O2在正极上得到电子生成OH－，电极反应式为：‎ 负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；‎ 正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－。‎ ‎③熔融盐介质，如K2CO3。‎ 在电池工作时，CO移向负极。CH3OH在负极上失去电子，在CO的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO，其电极反应式为：‎ 负极：CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O；‎ 正极：O2＋6e－＋3CO2===3CO。‎ ‎1．(2016·海南卷)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是(　　)‎ 7‎ A．Zn为电池的负极 B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时OH－向正极迁移 解析：根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，A正确；KOH溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，B错误；该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，C错误；电池工作时阴离子OH－向负极迁移，D错误。‎ 答案：A ‎2．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重‎0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 解析：原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为‎0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少‎0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ 答案：D ‎[方法指导]　理解充、放电，准确剖析电化学原理 ‎1．对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。‎ ‎2．对于可充电电池，充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。‎ 7‎ ‎1．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图，下列说法不正确的是(　　)‎ A．O2在电极b上发生还原反应 B．溶液中OH－向电极a移动 C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5‎ D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 解析：氧气在b极发生还原反应，则b极为正极，a极为负极，故A正确；因为a极为负极，则溶液中的阴离子向负极移动，故B正确；反应中N元素化合价升高3价，O元素化合价降低4价，根据得失电子守恒，消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3，故C错误；负极是氨气发生氧化反应变成氮气，且OH－向a极移动参与反应，故电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故D正确。‎ 答案：C ‎2．最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该电池Zn为负极，MnO2为正极 B．该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－‎ C．导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn D．电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片 解析：根据电池总反应，Zn发生氧化反应为负极，MnO2发生还原反应为正极，故A正确；正极发生还原反应，该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，故B正确；内电路是离子移动导电，故C错误；电池工作时内电路是离子移动导电，水分子和OH－都能通过薄层纸片，故D正确。‎ 答案：C ‎3．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是(　　)‎ 7‎ A．a电极发生还原反应 B．H＋由右室通过质子交换膜进入左室 C．b电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O D．电池工作时，电流由a电极沿导线流向b电极 解析：b极上N元素的化合价降低，所以b是正极发生还原反应，故A错误；原电池中阳离子从负极移向正极，即H＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；b极上N元素的化合价降低，b是正极，发生还原反应，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故C正确；原电池中电流从正极流向负极，电流由B电极沿导线流向A电极，故D错误。‎ 答案：C ‎4．一种处理污水的燃料电池模型如图所示。该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。下列叙述不正确的是(　　)‎ A．B电极为正极 B．气体乙可能为CO2‎ C．O2在A电极得电子 D．电池工作时，B电极附近的pH逐渐减小 解析：根据题意，该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，则B电极为负极，A项错误；有机物是含碳元素的化合物，有机物失电子生成乙，则气体乙可能为CO2，B项正确；根据上述分析，电极A为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子，即O2在A电解得电子，C项正确；根据题意，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子浓度增大，则B电极附近的pH逐渐减小，D项正确。‎ 答案：A ‎5．我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为V2O5＋xLiLixV2O5‎ 7‎ ‎。下列说法合理的是(　　)‎ A．电池在放电时，Li＋向负极移动 B．锂在放电时作正极，充电时作阳极 C．该电池充电时阳极的反应为LixV2O5 －xe－===V2O5＋xLi＋‎ D．V2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应 解析：电池在放电时，Li＋向负电荷较多的正极移动，A错误；锂在放电时做负极，充电时为阴极，B错误；该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，C正确；在反应中V2O5中的V元素的化合价也发生了变化，所以不只是锂发生反应的载体，D错误。‎ 答案：C ‎6．某充电宝锂离子电池的总反应为xLi＋Li1－xMn2O4LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为：NiOOH＋MHM＋Ni(OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是(　　) ‎ A．锂离子电池放电时Li＋向正极迁移 B．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ C．图中表示用锂离子电池给镍氢电池充电 D．锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：LiMn2O4－xe－===Li1－xMn2O4＋xLi＋‎ 解析：锂离子电池放电时阳离子移向正极，所以Li＋向正极迁移，故A正确；放电时，正极发生还原反应，方程式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，故B正确；题图表示锂离子电池为放电过程，而镍氢电池为充电过程，所以锂离子电池给镍氢电池充电，故C正确；锂离子电池充电时，阴极的电极反应式：Li＋＋e－===Li，故D错误。‎ 答案：D ‎7．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ 7‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析：甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，A错误；熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，B错误；碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，C错误；电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，D正确。‎ 答案：D ‎8．(2016·四川卷)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6‎ C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ 解析：原电池中阳离子由负极向正极迁移，A正确；放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，B正确；充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重‎7 g，C错误；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D正确。‎ 答案：C 7‎